Kiedy umierają, gwiazdy neutronowe krzyczą w falach czasoprzestrzeni, a astronomowie nakreślili plan wykorzystania swojej agonii grawitacyjnej do prześledzenia historii wszechświata. Dołącz do nas, odkrywając, jak zamienić ich ból w nasz kosmologiczny zysk.
Kosmolodzy mają obsesję na punkcie standardów. Przyczyną tej obsesji są ich żmudne próby zmierzenia ekstremalnych odległości w naszym wszechświecie. Spójrz na losową gwiazdę lub galaktykę. Jak daleko jest? Czy jest bliżej czy dalej niż gwiazda lub galaktyka obok niej? Co jeśli jeden jest jaśniejszy lub ciemniejszy od drugiego?
Jest to dość beznadziejna sytuacja, chyba że kosmos jest rozproszony za pomocą standardowych rzeczy - obiektów o znanych właściwościach. Wyobraź sobie, że 100-watowe żarówki lub mierniki zaśmiecają wszechświat. Gdybyśmy mogli zobaczyć te żarówki lub mierniki, moglibyśmy porównać w jaki sposóbpatrzą na nas tutaj, na Ziemi, na to, co mywiedzieć wyglądają jak z bliska i osobiście. Jeśli widzimy żarówkę we wszechświecie i wiemy, że ma ona tę samą jasność, co standardowa 100-watowa żarówka, możemy wykonać trygonometrię, aby wyeliminować odległość do tej żarówki. To samo dotyczy drążka: jeśli zobaczymy losowy drążek unoszący się wokół i wiemy, że ma on dokładnie metr długości, możemy porównać jego długość w naszym polu widzenia i wyliczyć odległość do niego.
Oczywiście żarówki i pałeczki metrowe byłyby kiepskimi sondami kosmologicznymi, ponieważ są słabe i małe. Do poważnej pracy potrzebujemy rzeczy jasnych, wielkich i zwykłych. A we wszechświecie jest niewiele takich norm: supernowa typu 1a służy jako „standardowe świece” i oscylacje akustyczne barionu (pozostałość wypalona w rozkładzie galaktyk pozostawionych we wczesnym wszechświecie, a temat innego artykułu) może służyć jako „standardowa linijka”.
Ale będziemy potrzebować czegoś więcej niż świec i patyków, aby wydostać się z obecnej kosmicznej zagadki, w której się znaleźliśmy.
Żyjemy w rozszerzającym się wszechświecie. Każdego dnia galaktyki oddalają się od siebie (średnio; nadal mogą wystąpić kolizje i zgrupowania na „małą skalę”). A tempo ekspansji naszego wszechświata zmieniło się w ciągu ostatnich 13,8 miliarda lat kosmicznej historii. Wszechświat składa się z wielu różnych postaci: promieniowania, gwiazd, gazu, dziwnych rzeczy, takich jak neutrina, dziwniejszych rzeczy, takich jak ciemna materia, i najdziwniejszych rzeczy, takich jak ciemna energia. Gdy każdy z tych elementów się włącza, wyłącza, zaczyna dominować lub przestaje dominować, tempo ekspansji wszechświata z kolei się zmienia.
W dawnych dobrych czasach materia była szefem wszechświata. W miarę rozszerzania się wszechświata ekspansja zwalniała od ciągłego grawitacyjnego szarpania całej materii. Ale potem materia stała się zbyt rozłożona, zbyt cienka i zbyt słaba, aby kontrolować kosmos.
Około pięć miliardów lat temu ciemna energia przejęła kontrolę, odwracając lekkie spowolnienie ekspansji wszechświata i pchając płatek do metalu, powodując, że ekspansja wszechświata nie tylko kontynuuje, ale przyspiesza. Ciemna energia - cokolwiek to jest - kontynuuje swoją złowrogą dominację kosmosu do dnia dzisiejszego.
Jest niezwykle ważne, aby zmierzyć szybkość ekspansji wszechświatateraz - ponieważ szybkość ekspansji jest powiązana z zawartością wszechświata, pomiar szybkości ekspansji mówi nam dzisiaj, kim są główni kosmologiczni gracze i ich względne znaczenie. Możemy zmierzyć dzisiejsze tempo ekspansji, znane jako stała Hubble'a, na wiele sposobów, na przykład przy pomocy patyczków i świec.
I tu leży zaskakujące napięcie. Pomiary stałej Hubble'a z pobliskiego wszechświata przy użyciu rzeczy takich jak supernowa dają jedną szczególną wartość. Jednak pomiary wczesnego wszechświata za pomocą kosmicznego mikrofalowego tła również prowadzą do ograniczeń dla dzisiejszej stałej Hubble'a, a pomiary te nie są do końca zgodne.
Lepki problem: dwie niezależne metody pomiaru tej samej liczby prowadzą do różnych wyników. Może to być znak zupełnie nowej fizyki lub po prostu źle zrozumiane obserwacje. Ale niezależnie od przypadku, podczas gdy niektórzy kosmolodzy postrzegają tę sytuację jako wyzwanie, inni postrzegają ją jako szansę. Potrzebujemy więcej pomiarów, a zwłaszcza tych całkowicie niezależnych od istniejących. Mamy standardowe linijki i standardowe świece, więc co powiesz na… standardowe syreny.
Jasne, czemu nie.
Kakofoniczne fale grawitacyjne wybuchające z ostatnich momentów zderzenia dwóch gwiazd neutronowych niosą soczystą informację kosmologiczną. Ponieważ bardzo dobrze rozumiemy ich fizykę, możemy badać ultra-precyzyjną strukturę fal grawitacyjnych, aby dowiedzieć się, jak głośno (w grawitacji, nie w dźwięku, ale trzeba tylko potoczyć się z metaforą) krzyczeli, gdy zderzyli się . Następnie możemy porównać to do tego, jak głośno brzmią tutaj na Ziemi, i voila: odległość.
Ta technika dała już (względnie zgrubny) pomiar stałej Hubble'a z jednego i tylko zaobserwowanego połączenia gwiazdy neutronowej.
Ale to nie powinien być ostatni krzyk śmierci gwiazdy neutronowej, jaki słyszymy. W nadchodzących latach spodziewamy się (mamy nadzieję?), Że złapiemy dziesiątki innych. I przy każdym zderzeniu możemy ustalić niezawodną odległość do ognistego zdarzenia i zmierzyć historię ekspansji wszechświata od czasu jego neutronicznej zagłady, zapewniając zupełnie inną ścieżkę do ujawnienia wartości stałej Hubble'a.
Kosmolodzy z University of Chicago przewidzieli, że w ciągu pięciu lat technika standardowych syren zapewni pomiary konkurencyjne w stosunku do istniejących metod. Ale jeśli chodzi o wielką kosmologiczną debatę XXI wieku, pozostaje pytanie: czy standardowe syreny będą decydującym czynnikiem, czy tylko pogłębią tajemnicę?
Czytaj więcej: „2-procentowy pomiar stałej Hubble'a ze standardowych sygnalizatorów w ciągu 5 lat”
