Столкновения черных дыр могут помочь нам измерить скорость расширения Вселенной

Черная дыра — это место, где обычно исчезает информация, но ученые, возможно, нашли способ использовать ее последние моменты, чтобы рассказать нам об истории Вселенной.

В новом исследовании, опубликованном в сообщения физического обзораДва астрофизика из Чикагского университета разработали метод использования пар столкновений. черные дыры Измерить, насколько быстро расширяется Вселенная, и таким образом понять, как развивается Вселенная, из чего она состоит и куда движется.

В частности, ученые считают, что новая технология, которую они называют «спектральными сиренами», может рассказать нам о неуловимых «подростковых годах» Вселенной.

космический правитель

Продолжаются научные дебаты о том, насколько быстро расширяется Вселенная — число, называемое постоянной Хаббла. Различные методы, доступные на данный момент, дают немного разные ответы, и ученые стремятся найти альтернативные способы измерения этой скорости. Проверка точности этого числа особенно важна, потому что оно влияет на наше понимание фундаментальных вопросов, таких как возраст, история и состав Вселенной.

Новое исследование предлагает способ сделать этот расчет, используя специальные детекторы, которые улавливают космическое эхо сталкивающихся черных дыр.

Время от времени две черные дыры сталкиваются друг с другом — событие настолько мощное, что вызывает рябь в Свободное время Путешествует по вселенной. Здесь, на Земле, Американская лазерная обсерватория гравитационных волн (LIGO) и итальянская обсерватория Virgo могут уловить эту рябь, которая называется гравитационными волнами.

За последние несколько лет LIGO и Virgo собрали показания примерно 100 пар сталкивающихся черных дыр.

Сигнал от каждого столкновения содержит информацию о размере черных дыр. Но сигнал путешествовал в пространстве, и за это время Вселенная расширилась, изменив свойства сигнала. Объясняет астрофизик Чикагского университета Дэниел Хольц, один из авторов статьи.

Если ученые смогут найти способ измерить, как меняется этот сигнал, они смогут рассчитать скорость расширения Вселенной. Проблема в калибровке: откуда им знать, насколько он отличается от оригинала?

В своей новой статье Хольц и первый автор Хосе Мария Изкиага предположили, что они могут использовать наши новые знания о всей группе черных дыр в качестве калибровочного инструмента. Например, текущие данные свидетельствуют о том, что большинство обнаруженных черных дыр имеют массу от 5 до 40 раз больше массы нашего Солнца. сказал Эскига, научный сотрудник НАСА и Эйнштейна, а также научный сотрудник Института космической физики Кавли, работающий с Хольцем в Калифорнийском университете в Чикаго. «И это дает вам меру расширения Вселенной».

Авторы описывают его как метод «спектральной сирены», новый метод для метода «стандартной сирены», впервые предложенный Хольцем и его сотрудниками. (Название является отсылкой к методам «стандартной свечи», также используемым в астрономии.)

Ученые взволнованы тем, что в будущем, по мере расширения возможностей LIGO, этот метод может открыть уникальное окно в «подростковые годы» Вселенной — около 10 миллиардов лет назад, — которые трудно изучать другими методами.

Исследователи могут использовать космический микроволновый фон Чтобы посмотреть на ранние моменты Вселенной, они могут осмотреть галактики, близкие к нашей, чтобы изучить недавнюю историю Вселенной. Но промежуточный период, область особого научного интереса, трудно найти.

«Примерно в то время мы изменили темная материя Будучи доминирующей силой во Вселенной для темная энергия Возьмите на себя ответственность, и мы очень заинтересованы в изучении этого критического сдвига», — сказал Искиага.

По словам авторов, еще одним преимуществом этого метода является то, что меньше неопределенностей возникает из-за пробелов в наших научных знаниях. «Используя весь набор черных дыр, метод может калибровать себя и напрямую выявлять и исправлять ошибки», — сказал Хольц. Другие методы, используемые для вычисления постоянной Хаббла, основаны на нашем нынешнем понимании физики звезд и галактик, которое включает в себя много сложной физики и астрофизики. Это означает, что измерения могут немного сбиться, если есть что-то, чего мы еще не знаем.

Напротив, этот новый метод черных дыр почти полностью основан на теории гравитации Эйнштейна, которая была хорошо изучена и противостояла всем методам, которые ученые пытались проверить до сих пор.

Чем больше показаний вы получите от всех черных дыр, тем точнее будет эта калибровка. «Нам нужны тысячи таких сигналов, и это то, что у нас должно быть через несколько лет, и даже больше в ближайшие десять или два десятилетия», — сказал Хольц. «На данный момент это был бы невероятно мощный способ узнать Вселенная. »