Gravitationsbølger måler universet

Den direkte påvisning af gravitationsbølger fra mindst fem kilder i løbet af de sidste to år tilbyder en spektakulær bekræftelse af Einsteins model for tyngdekraft og rumtid. Modellering af disse begivenheder har også givet information om massiv stjernedannelse, gammastråleudbrud, neutronstjernekarakteristika, og (for første gang) verifikation af teoretiske ideer om, hvordan de meget tunge elementer, som guld, produceres.

Astronomer har nu brugt en enkelt gravitationsbølgehændelse (GW170817) til at måle universets alder. CfA astronomer Peter Blanchard, Tarreneh Eftekhari, Victoria Villar, og Peter Williams var medlemmer af et hold af 1314 videnskabsmænd fra hele verden, som bidrog til påvisningen af ​​gravitationsbølger fra et fusionerende par binære neutronstjerner, efterfulgt af detektion af gammastråler, og derefter identifikation af oprindelsen af ​​katastrofen i en kilde i galaksen NGC4993, der er set på billeder taget med forskellige tidsforsinkelser ved bølgelængder fra røntgenstrålen til radioen.

En analyse af gravitationsbølgerne fra denne begivenhed udleder deres iboende styrke. Den observerede styrke er mindre, hvilket antyder (fordi styrken aftager med afstanden fra kilden), at kilden er omkring 140 millioner lysår væk. NGC4993, dens værtsgalakse, har en udadgående hastighed på grund af universets udvidelse, der kan måles fra dets spektrallinjer. At vide, hvor langt væk den er, og hvor hurtigt galaksen bevæger sig fra os, gør det muligt for forskerne at beregne tiden siden udvidelsen begyndte - universets alder:mellem omkring 11,9 og 15,7 milliarder år givet de eksperimentelle usikkerheder.

Alderen afledt af denne enkelte begivenhed er i overensstemmelse med estimater fra årtiers observationer baseret på statistiske metoder ved hjælp af to andre kilder:den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling (CMBR) og galaksernes bevægelser. Førstnævnte er afhængig af at kortlægge den meget svage fordeling af lys, der stammer fra en tid omkring fire hundrede tusinde år efter big bang; sidstnævnte involverer en statistisk analyse af afstande og bevægelser af titusindvis af galakser i relativt nyere tid. Det faktum, at denne ene gravitationsbølgebegivenhed var i stand til at bestemme en alder for universet, er bemærkelsesværdigt, og ikke muligt med hver tyngdekraftsbølgedetektering. I dette tilfælde var der en optisk identifikation af kilden (så en hastighed kunne måles), og kilden var hverken for fjern eller for svag. Med en stor statistisk stikprøve af gravitationsbølgehændelser af alle typer, det aktuelle område af værdier for alderen vil indsnævres.

Det nye resultat er spændende af en anden grund. Selvom både CMBR- og galaksemålingerne hver især er ret præcise, de ser ud til at være uenige med hinanden på nogenlunde ti procents niveau. Denne uenighed kunne bare være observationsfejl, men nogle astronomer formoder, at det kan være en reel forskel, der afspejler noget, der mangler i vores billede af den kosmiske ekspansionsproces, måske forbundet med det faktum, at CMBR opstår fra en meget anderledes epoke af kosmisk tid, end galaksedataene gør. Denne tredje metode, gravitationsbølgehændelser, kan hjælpe med at løse gåden.