У вимірюванні розширення Всесвіту можуть допомогти зіткнення нейтронних зір

Останніми роками астрономія переживає деяку кризу: хоча ми знаємо, що Всесвіт розширюється, і навіть приблизно знаємо, з якою швидкістю, два основні способи вимірювання цього розширення не збігаються. Астрофізики пропонують новий метод, який може допомогти вирішити цю суперечність.

Про новий метод розповідають в Інституті Нільса Бора, передають OstanniPodii.com.

Про те, що Всесвіт розширюється, ми знаємо відтоді, як Едвін Габбл та інші астрономи близько 100 років тому виміряли швидкості низки навколишніх галактик. Галактики у Всесвіті "несуться" одна від одної внаслідок цього розширення та, отже, віддаляються одна від одної.

Що більша відстань між двома галактиками, то швидше вони віддаляються одна від одної, і точна швидкість цього руху є однією з найбільш фундаментальних величин у сучасній космології. Число, що описує розширення, має назву "стала Габбла" та фігурує в безлічі різних рівнянь і моделей Всесвіту та його складових частин.

Проблема Габбла

Тому для розуміння Всесвіту ми маємо знати сталу Габбла якомога точніше. Для її вимірювання існує кілька методів, які взаємно незалежні, але, на щастя, дають майже однаковий результат.

Майже однаковий. Найбільш інтуїтивно зрозумілий метод - це, в принципі, той самий, що використовували Едвін Габбл і його колеги сто років тому: знайти купу галактик і виміряти їхні відстані та швидкості. На практиці це робиться шляхом пошуку галактик із зорями, що вибухнули, так званими надновими. Цей метод доповнюється іншим методом, що аналізує неоднорідності так званого космічного фонового випромінювання - стародавньої форми світла, що виникла незабаром після Великого вибуху.

Ці два методи - метод наднових і метод фонового випромінювання - завжди давали дещо різні результати. Але будь-які вимірювання супроводжуються похибками, і ще кілька років тому ці похибки були досить істотними, щоб можна було звинуватити їх у розбіжності результатів.

Проте в міру вдосконалення методів вимірювань невизначеності зменшувалися, і зараз астрономи досягли того рівня, коли можуть з високим ступенем упевненості стверджувати, що обидва варіанти не можуть бути правильними.

Корінь цієї "проблеми Габбла" - невідомі ефекти, що систематично спотворюють один з результатів, або натяк на нову фізику, яку ще належить відкрити, - нині є однією з найгарячіших тем в астрономії.

Нейтронні зорі, що стикаються, можуть допомогти знайти відповідь

Одна з найбільших проблем полягає в точному визначенні відстаней до галактик. Але в недавньому дослідженні, опублікованому в журналі Astronomy & Astrophysics, Альберт Снеппен, аспірант з астрофізики в Центрі космічного світанку Інституту Нільса Бора в Копенгагені, запропонував новий метод вимірювання відстаней, який може допомогти розв′язати поточну суперечку.

"Коли дві надкомпактні нейтронні зорі, які самі по собі є залишками наднових, виходять на орбіту одна одної та врешті-решт зливаються, відбувається новий вибух, так звана кілонова", - пояснює Альберт Снеппен. "Нещодавно ми продемонстрували, що цей вибух напрочуд симетричний [опубліковано в журналі Nature], і виявилося, що ця симетрія не тільки гарна, але й неймовірно корисна".

У третьому дослідженні, яке щойно було опубліковано в The Astrophysical Journal, Снеппен показує, що кілонові, попри всю їхню складність, можуть бути описані однією температурою. І виявляється, що симетрія та простота кілонових дозволяє астрономам точно визначити, скільки світла вони випромінюють.

Порівнюючи цю світність з тим, скільки світла досягає Землі, дослідники можуть обчислити, на якій відстані від Землі розташована кілонова. Таким чином, вони отримали новий, незалежний метод розрахунку відстані до галактик, що містять кілонові.

Доцент Центру космічного світанку, співавтор дослідження Дарач Вотсон пояснює: "Наднові, які досі використовувалися для вимірювання відстаней до галактик, не завжди випромінюють однакову кількість світла. Крім того, вони вимагають, щоб ми спочатку відкалібрували відстань за допомогою іншого типу зірок, так званих Цефеїд, які, своєю чергою, також мають бути відкалібровані. За допомогою кілонових ми можемо обійти ці складнощі, які вносять невизначеність у вимірювання".

Підтвердження одного з двох методів

Щоб продемонструвати можливості методу, астрофізики застосували його до кілонової, відкритої 2017 року. У результаті стала Габбла виявилася ближчою до методу фонового випромінювання, але чи зможе метод з кілоновими розв′язати проблему Габбла, дослідники поки не наважуються стверджувати.

"Поки що в нас є лише один приклад, і потрібно ще багато прикладів, перш ніж ми зможемо встановити надійний результат", - попереджає Альберт Снеппен. "Але наш метод принаймні дає змогу обійти деякі відомі джерела невизначеності та є дуже "чистою" системою для вивчення. Він не потребує ані калібрування, ані коригувальних коефіцієнтів".