Η απεικόνιση ενός καλλιτέχνη για δύο αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται και απελευθερώνουν βαρυτικά κύματα.
(Εικόνα: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Ανάλυση κυματισμοί στον ιστό του χώρου και του χρόνου που δημιουργήθηκε από ζευγάρια νεκρών αστεριών μπορεί σύντομα να λύσει ένα κοσμικό μυστήριο γύρω από το πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν - εάν οι επιστήμονες είναι τυχεροί.
Αυτή είναι η ετυμηγορία μιας νέας μελέτης, η οποία μπορεί επίσης να ρίξει φως στην τελική μοίρα του σύμπαντος, ανέφεραν οι ερευνητές που εργάστηκαν σε αυτό.
Ο Κόσμος συνέχισε να επεκτείνεται από τη γέννησή του περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Μετρώντας τον σημερινό ρυθμό επέκτασης του σύμπαντος, γνωστός ως Σταθερή Hubble, οι επιστήμονες μπορούν να συμπεράνουν την ηλικία του σύμπαντος και τις λεπτομέρειες της τρέχουσας κατάστασής του. Μπορούν ακόμη και να χρησιμοποιήσουν τον αριθμό για να προσπαθήσουν να μάθουν η μοίρα του σύμπαντος, όπως εάν θα επεκταθεί για πάντα, θα καταρρεύσει ή θα διαλυθεί εντελώς.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν δύο βασικές μεθόδους για τη μέτρηση της σταθεράς Hubble. Το ένα αφορά την παρακολούθηση κοντινών αντικειμένων των οποίων οι ιδιότητες κατανοούν καλά οι επιστήμονες, όπως αστρικές εκρήξεις γνωστές ως σουπερνόβα και παλλόμενα αστέρια γνωστά ως Μεταβλητές Cepheid, προκειμένου να εκτιμηθούν οι αποστάσεις τους και στη συνέχεια να συναχθεί ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος. Το άλλο επικεντρώνεται στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, στην εναπομείνασα ακτινοβολία από το Big Bang και εξετάζει πώς άλλαξε με την πάροδο του χρόνου για να υπολογίσει πόσο γρήγορα ο κόσμος έχει επεκταθεί.
Ωστόσο, αυτό το ζευγάρι τεχνικών απέδωσε δύο διαφορετικά αποτελέσματα για την τιμή της σταθεράς Hubble. Τα δεδομένα από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων υποδηλώνουν ότι το σύμπαν επεκτείνεται με ρυθμό περίπου 41,6 μίλια (67 χιλιόμετρα) ανά δευτερόλεπτο ανά 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός, ενώ τα δεδομένα από σουπερνόβα και Cepheids στο κοντινό σύμπαν υποδηλώνουν ρυθμό περίπου 45,3 μιλίων ( 73 km) ανά δευτερόλεπτο ανά 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός.
Αυτή η ασυμφωνία υποδηλώνει ότι το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο - η κατανόηση των επιστημόνων από τη δομή και την ιστορία του σύμπαντος - θα μπορούσε να είναι λάθος. Επίλυση αυτής της συζήτησης, γνωστή ως Διαρκής σύγκρουση στο Χαμπλ, θα μπορούσε να ρίξει φως στην εξέλιξη και την τελική μοίρα του κόσμου.
Στη νέα μελέτη, οι φυσικοί προτείνουν ότι μελλοντικά δεδομένα από τους κυματισμούς στον ιστό του χώρου και του χρόνου που είναι γνωστά ως βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν να σπάσει αυτό το αδιέξοδο. "Η διαρκής σύγκρουση του Χαμπλ - η μεγαλύτερη υπόδειξη που έχουμε ότι το μοντέλο του σύμπαντος μας είναι ατελές - επιλύεται σε πέντε έως 10 χρόνια", δήλωσε στο Space.com ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Stephen Feeney, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Flatiron στη Νέα Υόρκη.
Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν θεωρία της γενικής σχετικότητας, η βαρύτητα προκύπτει από το πώς η μάζα στρεβλώνει το χωροχρόνο. Όταν οποιοδήποτε αντικείμενο με μαζική κίνηση, θα πρέπει να παράγει βαρυτικά κύματα που φερμουάρ με την ταχύτητα του φωτός, τεντώνοντας και συμπιέζοντας το χωροχρόνο κατά μήκος της διαδρομής.
Τα βαρυτικά κύματα είναι εξαιρετικά αδύναμα και μόνο το 2016 οι επιστήμονες εντόπισαν τις πρώτες άμεσες ενδείξεις τους. Το 2017, οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης βαρυτικά κύματα από συγκρούσιμα αστέρια νετρονίων, κατάλοιπα αστεριών που χάθηκαν σε καταστροφικές εκρήξεις γνωστές ως σουπερνόβα. Εάν τα υπολείμματα ενός άστρου δεν είναι αρκετά τεράστια για να καταρρεύσουν για να γίνουν μαύρες τρύπες, θα καταλήξουν ως αστέρι νετρονίων, που ονομάζεται έτσι επειδή η βαρυτική έλξη του είναι αρκετά ισχυρή ώστε να συνθλίψει τα πρωτόνια μαζί με τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν νετρόνια.
Σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, τα αστέρια νετρονίων εκπέμπουν ορατό φως, όπως και οι συγκρούσεις τους. Τα κύματα βαρύτητας από αυτές τις συγχωνεύσεις, που ονομάζονται «τυπικές σειρήνες», θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να εντοπίσουν την απόσταση τους από τη Γη, ενώ το φως από αυτές τις συγκρούσεις θα βοηθήσει στον προσδιορισμό της ταχύτητας με την οποία κινούνται σε σχέση με τη Γη. Οι ερευνητές μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν και τα δύο αυτά σύνολα δεδομένων για να υπολογίσουν τη σταθερά Hubble. Σύμφωνα με τον Feeney και τους συναδέλφους του, η ανάλυση σφαλμάτων μεταξύ περίπου 50 ζευγών αστεριών νετρονίων τα επόμενα πέντε έως 10 χρόνια μπορεί να αποφέρει αρκετά δεδομένα για να προσδιορίσει την καλύτερη μέτρηση της σταθεράς Hubble.
Ωστόσο, αυτή η εκτίμηση εξαρτάται από τη συχνότητα σύγκρουσης αστεριών νετρονίων. "Υπάρχει σημαντική αβεβαιότητα στο ποσοστό συγχωνεύσεις με αστέρια νετρονίων - Έχουμε δει μόνο ένα μέχρι σήμερα, "είπε ο Feeney." Αν ήμασταν πολύ τυχεροί που το είδαμε και οι συγχωνεύσεις είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο σπάνιες από ό, τι νομίζουμε, παρατηρώντας τον αριθμό των συγχωνεύσεων που απαιτούνται για να εξηγήσουμε τη σταθερά του Hubble η σύγκρουση θα μπορούσε να διαρκέσει περισσότερο από ό, τι δηλώσαμε στη δουλειά μας. "
Τα κύματα βαρύτητας μπορεί να καταλήξουν να υποστηρίζουν τη μία τιμή για τη σταθερά Hubble από την άλλη, αλλά μπορούν επίσης να καθορίσουν μια νέα τρίτη τιμή για τη σταθερά Hubble, δήλωσε ο Feeney. Εάν συμβεί αυτό, μπορεί να οδηγήσει σε νέες γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά των σουπερνόβα, των Cepheids ή των αστεριών νετρονίων, πρόσθεσε.
Οι επιστήμονες λεπτομερώς τα ευρήματά τους online 14 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Physical Review Letters.
