Fremtidige detektorer til at opdage millioner af sorte huller og universets udvikling

Gravitationsbølgeastronomi giver en unik ny måde at studere universets ekspansionshistorie. Den 17. august 2017, LIGO- og Jomfru-samarbejdet opdagede først gravitationsbølger fra et par neutrontrapper, der smeltede sammen. Tyngdebølgesignalet blev ledsaget af en række modstykker identificeret med elektromagnetiske teleskoper.

Denne multi-messenger-opdagelse gjorde det muligt for astronomer at måle Hubble-konstanten direkte - en måleenhed, der fortæller os, hvor hurtigt universet udvider sig. En nylig undersøgelse foretaget af ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) ledet af forskerne Zhiqiang You og Xingjiang Zhu (Monash University), studeret en alternativ måde at lave kosmologi på med gravitationsbølgeobservationer.

I sammenligning med neutronstjernefusioner, sorte huls fusioner er meget mere rigelige kilder til gravitationsbølger. Mens der kun er blevet opdaget to neutronstjernefusioner indtil videre, LIGO og Jomfruen samarbejder har offentliggjort 10 binære sorte huls fusionsbegivenheder, og dusinvis flere kandidater er blevet rapporteret.

Desværre, der forventes ingen elektromagnetisk emission fra sorte hul-fusioner. Teoretisk modellering af supernovaer - kraftige og lysende stjerneeksplosioner - tyder på, at der er et hul i masserne af sorte huller omkring 45-60 gange vores sols masse. Nogle uendelige beviser, der understøtter dette massegab, blev fundet i observationer foretaget i de første to observationsløb af LIGO og Jomfruen. Den nye OzGrav-forskning viser, at denne unikke egenskab i det sorte huls massespektrum kan hjælpe med at bestemme ekspansionshistorien for vores univers ved hjælp af gravitationsbølgedata alene.

OzGrav Ph.D. studerende og første forfatter Zhiqiang You siger:"Vores arbejde studerede udsigten med tredjegenerations gravitationsbølgedetektorer, som vil give os mulighed for at se alle binære sorte hul-fusioner i universet."

Bortset fra Hubble-konstanten, der er andre faktorer, der kan påvirke, hvordan sorte hul-masser fordeles. For eksempel, Forskere er stadig usikre på den nøjagtige placering af det sorte huls massegab, og hvordan antallet af sorte huls fusioner udvikler sig i løbet af den kosmiske historie.

Den nye undersøgelse viser, at det er muligt samtidig at måle sorte huls masser sammen med Hubble-konstanten. Det viste sig, at en tredjegenerationsdetektor som Einstein-teleskopet eller Cosmic Explorer skulle måle Hubble-konstanten til bedre end én procent inden for et års drift. I øvrigt, med blot en uges observation, undersøgelsen viste, at det er muligt at skelne mellem standard kosmologien med mørk energi og mørkt stof med dens simple alternativer.