Астрофізики з Університету Іллінойсу та університету Чикаго запропонували новий метод вимірювання постійної Хаббла – швидкості, з якою розширюється Всесвіт – з використанням слабкого фонового “гулу” гравітаційних хвиль. Цей підхід, якщо його вдосконалити за допомогою майбутніх покращень детекторів, може змінити наше розуміння космології та вирішити ключовий конфлікт у сучасній астрофізиці.
Проблема Постійної Хаббла і Чому Вона Важлива
Протягом багатьох років астрономи стикаються з розбіжністю у вимірах постійної Хаббла: значення, отримані при спостереженні раннього Всесвіту (за космічним мікрохвильовим тлом), суперечать тим, які виводяться з вивчення довколишніх об’єктів, таких як наднові та цефеїди. Ця різниця, відома як “напруга Хаббла”, передбачає, що наші поточні космологічні моделі можуть бути неповними. Роздільна здатність цієї напруги має вирішальне значення, оскільки вона може вказувати на нову фізику за межами Стандартної моделі, наприклад, на те, що темна енергія поводиться не так, як очікувалося, або навіть на існування раніше невідомих частинок.
Стохастичні Сирени: Новий Підхід
Запропонований метод заснований на аналізі “стохастичного гравітаційно-хвильового фону” – слабкого, безперервного гуркоту, що створюється об’єднаним сигналом від незліченних зіткнень чорних дірок у всьому Всесвіті. Це тло – не єдиний, чіткий сигнал, а тонкий статистичний малюнок.
“Замість точно визначати окремі злиття, ми дивимося на колективний шепіт усіх цих подій”, – пояснив професор Університету Іллінойсу Ніколас Юнес. “Статистично аналізуючи швидкість, з якою ці зіткнення відбуваються на різних відстанях, ми можемо вивести швидкість розширення Всесвіту”.
Команда називає цю техніку методом “стохастичної сирени”. На відміну від традиційних методів, які покладаються на спостереження конкретних подій (наприклад, наднових), цей підхід безпосередньо використовує саму тканину простору-часу, пропонуючи незалежний вимір.
Як це працює
Основна ідея проста: швидкість, з якою відбуваються зіткнення чорних дірок, залежить від того, як швидко розширюється Всесвіт. Даліші злиття здаються менш частими, тому що Всесвіт розтягнувся сильніше з моменту, коли сталася подія. Ретельно моделюючи цей ефект, астрофізики можуть отримати постійну Хаббла з гравітаційно-хвильового фону.
“Ми очікуємо, що буде набагато більше подій, які ми не зможемо спостерігати, це називається гравітаційно-хвильовим фоном”, – сказав Брайс Кузінс, аспірант Університету Іллінойсу. “Ключ у тому, щоб статистично вивести швидкість цих подій, що не спостерігаються”.
Перспективи Майбутнього
В даний час гравітаційно-хвильові детектори недостатньо чутливі до прямого спостереження стохастичного фону. Однак очікується, що протягом наступних шести років відбудуться покращення у технології детекторів. У міру того, як ці прилади стають потужнішими, метод стохастичної сирени може стати наріжним каменем точної космології. Навіть до повного виявлення метод може обмежити верхні межі постійної Хаббла, надавши додаткові точки даних у дискусії, що триває.
“Це захоплююче і зовсім новий напрямок”, – додав професор університету Чикаго Деніел Хольц. “Увімкнувши цю інформацію, ми очікуємо отримати найкращі космологічні результати та наблизитися до вирішення напруги Хаббла”.
Робота команди буде опублікована в Physical Review Letters і запропонує детальну математичну основу для майбутніх застосувань. Цей метод є багатообіцяючим кроком до уточнення нашого розуміння історії розширення Всесвіту.
Розробка цієї техніки підкреслює зростаючу важливість гравітаційно-хвильової астрономії, яка швидко стає потужним інструментом для дослідження фундаментальних властивостей космосу.
