Нейтронные звезды кричат в волнах пространства-времени, когда они умирают, и астрономы наметили план использовать свою гравитационную агонию, чтобы проследить историю вселенной. Присоединяйтесь к нам, чтобы узнать, как превратить их боль в нашу космологическую прибыль.
Космологи одержимы стандартами. Причина этой одержимости лежит в их кропотливых попытках измерить экстремальные расстояния в нашей вселенной. Посмотрите на случайную звезду или галактику. Как далеко это? Это ближе или дальше, чем звезда или галактика рядом с ней? Что если один ярче или тусклее другого?
Это довольно безнадежная ситуация, если космос не забросан стандартными вещами - объектами с известными свойствами. Представьте себе, если 100-ваттные лампочки или измерительные палочки засоряют вселенную. Если бы мы могли видеть эти лампочки или измерительные палочки, мы могли бы сравнить какони смотрят на нас здесь, на Земле, на то, что мызнать они выглядят как близкие и личные. Если мы видим лампочку во вселенной и знаем, что она должна быть той же яркости, что и стандартная 100-ваттная лампочка, то мы можем сделать тригонометрию, чтобы выбить расстояние до этой лампочки. То же самое для палки: если мы видим случайную палку, плавающую вокруг, и знаем, что ее длина должна быть ровно один метр, мы можем сравнить ее длину в нашем поле зрения и вычислить расстояние до нее.
Конечно, лампочки и измерительные палочки могли бы создать паршивые космологические зонды, потому что они тусклые и маленькие. Для серьезной работы нам нужны яркие вещи, большие вещи и обычные вещи. И во вселенной очень мало таких стандартов: сверхновая типа 1a служит «стандартными свечами» и барионными акустическими колебаниями (остаток, испеченный в распределении галактик, оставшихся от ранней вселенной, и предметом другой статьи) может служить «стандартная линейка».
Но нам понадобятся не только свечи и палки, чтобы вытащить нас из нынешней космологической головоломки, в которой мы оказались.
Мы живем в расширяющейся вселенной. Каждый день галактики удаляются друг от друга (в среднем, все еще могут быть «мелкомасштабные» столкновения и группировки). И темпы расширения нашей вселенной изменились за последние 13,8 миллиардов лет космической истории. Вселенная состоит из множества разных персонажей: излучения, звезд, газа, странных вещей, таких как нейтрино, более странных вещей, таких как темная материя, и самых странных вещей, таких как темная энергия. Когда каждый из этих компонентов включается, выключается, начинает доминировать или перестает доминировать, скорость расширения Вселенной, в свою очередь, меняется.
Еще в старые добрые времена материя была боссом вселенной. Таким образом, по мере расширения Вселенной это расширение замедлялось из-за постоянного гравитационного притяжения всей этой материи. Но затем вопрос стал слишком распространенным, слишком тонким и слишком слабым, чтобы контролировать космос.
Около пяти миллиардов лет назад темная энергия взяла под свой контроль, полностью изменив небольшое замедление расширения вселенной и подтолкнув лепесток к металлу, в результате чего расширение вселенной не только продолжилось, но и ускорилось. Темная энергия - что бы это ни было - продолжает свое зловещее господство в космосе до наших дней.
Крайне важно измерить скорость расширения вселеннойпрямо сейчас - поскольку скорость расширения связана с содержанием вселенной, измерение скорости расширения сегодня говорит нам, кто является основными космологическими игроками и их относительной важностью. Мы можем измерить сегодняшнюю скорость расширения, известную как постоянная Хаббла, многими способами, например, с помощью палочек и свечей.
И в этом заключается удивительное напряжение. Измерения постоянной Хаббла из близлежащей вселенной с использованием таких вещей, как сверхновая, дают одно конкретное значение. Но измерения ранней вселенной с использованием космического микроволнового фона также приводят к ограничениям на сегодняшнюю постоянную Хаббла, и эти измерения не вполне согласуются друг с другом.
Непростая проблема: два независимых метода измерения одного и того же числа приводят к разным результатам. Это может быть признаком совершенно новой физики или просто плохо понятых наблюдений. Но в любом случае, в то время как некоторые космологи рассматривают эту ситуацию как проблему, другие рассматривают ее как возможность. Нам нужны дополнительные измерения, особенно те, которые полностью независимы от существующих. У нас есть стандартные линейки и стандартные свечи, так как насчет ... стандартных сирен.
Конечно, почему бы и нет.
Какофонические гравитационные волны, исходящие от последних моментов столкновений двух нейтронных звезд, несут сочную космологическую информацию. Так как мы очень хорошо понимаем их физику, мы можем изучить сверхточную структуру гравитационных волн, чтобы понять, насколько громко (в гравитации, а не в звуке, но вам просто придется кататься с метафорой), они кричали, когда сталкивались , Тогда мы можем сравнить это с тем, как громко они звучат здесь на Земле, и вуаля: расстояние.
Этот метод уже дал (относительно грубое) измерение постоянной Хаббла по единственному наблюдаемому слиянию нейтронных звезд.
Но это не должно быть последним криком смерти нейтронной звезды, который мы слышим. В ближайшие годы мы ожидаем (надеюсь?) Поймать еще десятки. И с каждым столкновением мы можем определить надежное расстояние до огненного события и измерить историю расширения Вселенной с момента их гибели в нейтронах, обеспечивая совершенно иной путь для раскрытия значения постоянной Хаббла.
Космологи из Чикагского университета предсказали, что в течение пяти лет методика стандартных сирен обеспечит измерения, конкурентоспособные с существующими методами. Но когда дело доходит до великих космологических дебатов 21-го века, остается вопрос: стандартные сирены будут решающим фактором или только углубят тайну?
Подробнее: «Измерение постоянной Хаббла 2% от стандартных сирен в течение 5 лет»
