Gravitationsbølger vil afklare kosmisk gåde

Målinger af gravitationsbølger fra cirka 50 binære neutronstjerner i løbet af det næste årti vil definitivt løse en intens debat om, hvor hurtigt vores univers ekspanderer, ifølge resultater fra et internationalt team, der omfatter University College London (UCL) og Flatiron Institute kosmologer.

Kosmos har ekspanderet i 13,8 milliarder år. Dens nuværende ekspansionshastighed, kendt som "Hubble -konstanten, "giver den tid, der er gået siden Big Bang.

Imidlertid, de to bedste metoder, der bruges til at måle Hubble -konstanten, har modstridende resultater, hvilket tyder på, at vores forståelse af universets struktur og historie - den "standard kosmologiske model" - muligvis er forkert.

Studiet, udgivet i dag i Fysisk gennemgangsbreve , viser, hvordan nye uafhængige data fra gravitationsbølger udsendt af binære neutronstjerner kaldet "standard sirener" vil bryde dødvandet mellem de modstridende målinger en gang for alle.

"Vi har beregnet det ved at observere 50 binære neutronstjerner i løbet af det næste årti, vi vil have tilstrækkelige gravitationsbølgedata til uafhængigt at bestemme den bedste måling af Hubble -konstanten, "sagde hovedforfatter Dr. Stephen Feeney fra Center for Computational Astrophysics ved Flatiron Institute i New York City." Vi burde være i stand til at opdage nok fusioner til at besvare dette spørgsmål inden for fem til 10 år. "

Hubble -konstanten, produktet af arbejde af Edwin Hubble og Georges Lemaître i 1920'erne, er et af de vigtigste tal i kosmologi. Konstanten "er afgørende for at estimere krumning af rummet og universets alder, samt udforske dens skæbne, "sagde studieforfatter UCL professor i fysik og astronomi Hiranya Peiris.

"Vi kan måle Hubble -konstanten ved at bruge to metoder - den ene observerer Cepheid -stjerner og supernovaer i lokaluniverset, og et sekund ved hjælp af målinger af kosmisk baggrundsstråling fra det tidlige univers - men disse metoder giver ikke de samme værdier, hvilket betyder, at vores standard kosmologiske model kan være fejlbehæftet. "

Feeney, Peiris og kolleger udviklede en universelt anvendelig teknik, der beregner, hvordan gravitationsbølgedata vil løse problemet.

Gravitationsbølger udsendes, når binære neutronstjerner spiraler mod hinanden, inden de kolliderer i et stærkt lysglimt, der kan detekteres af teleskoper. UCL -forskere var involveret i at opdage det første lys fra en gravitationsbølgehændelse i august 2017.

Binære neutronstjernebegivenheder er sjældne, men de er uvurderlige i at give en anden rute til at spore, hvordan universet ekspanderer. De gravitationsbølger, de udsender, forårsager krusninger i rumtiden, der kan detekteres af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og Jomfruforsøgene, giver en præcis måling af systemets afstand til Jorden.

Ved yderligere at detektere lyset fra den ledsagende eksplosion, astronomer kan bestemme systemets hastighed, og derfor beregne Hubble -konstanten ved hjælp af Hubbles lov.

Til denne undersøgelse, forskerne modellerede, hvor mange sådanne observationer der ville være nødvendige for at løse spørgsmålet om nøjagtig måling af Hubble -konstanten.

"Dette vil igen føre til det mest nøjagtige billede af, hvordan universet udvider sig og hjælpe os med at forbedre den kosmologiske standardmodel, "sluttede professor Peiris.