Umělec je dojem z exploze a výbuch gravitační vlny emitované když pár superdense neutronové hvězdy se srazí. Nová pozorování s radioteleskopy ukazují, že takové události lze použít k měření rychlosti expanze vesmíru. Kredit: NRAO/AUI/NSF

Jak rychle se vesmír rozpíná? To nevíme jistě.

astronomové studují kosmickou expanzi měřením Hubbleovy konstanty. Tuto konstantu změřili několika různými způsoby, ale některé z jejich výsledků spolu nesouhlasí. Tento nesouhlas nebo napětí v Hubbleově konstantě je rostoucí kontroverzí v astronomii. Řešení by však mohla poskytnout nová pozorování srážejících se neutronových hvězd.

Připojte se k naší hostitelce Melisse Hoffmanové z Národní radioastronomické observatoře, když vysvětluje, jak astronomové používají radioastronomii a gravitační vlny k zodpovězení tohoto kosmického tajemství.

Astronomové pomocí National Science Foundation (NSF) radioteleskopy prokázaly, jak kombinace gravitační vlny a rádiové pozorování, spolu s teoretické modelování, se může obrátit fúzí párů neutronových hvězd do „kosmického vládce“, které jsou schopné měřit rozpínání Vesmíru a řešení vynikající otázka nad jeho rychlost.

astronomové použili NSF velmi dlouhé základní pole (VLBA), Karl G. Jansky velmi velké pole (VLA) a Robert C. Dalekohled Byrd Green Bank (GBT) ke studiu následků srážky dvou neutronových hvězd, které produkovaly gravitační vlny detekované v roce 2017. Tato událost nabídla nový způsob měření rychlosti expanze vesmíru, známou vědci jako Hubbleova konstanta. Rychlost expanze vesmíru může být použita k určení jeho velikosti a věku, stejně jako slouží jako základní nástroj pro interpretaci pozorování objektů jinde ve vesmíru.

Rádio vyjádření proud materiál katapultoval v důsledku neutronového-hvězdičkový fúze byly klíčem k tomu, aby astronomové určit orientaci oběžné dráhy hvězd před jejich sloučení, a tak „jas“ gravitační vlny vyzařované ve směru Země. To může z těchto událostí učinit důležitý nový nástroj pro měření rychlosti expanze vesmíru. Úvěra: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Dvě hlavní metody stanovení Hubbleova Konstanta použití vlastností Kosmického Mikrovlnného Pozadí, zbytky záření z Velkého Třesku, nebo konkrétní typ explozích supernov, tzv. Typu Ia, ve vzdáleném Vesmíru. Tyto dvě metody však poskytují různé výsledky.

„neutronová hvězda fúze nám dává nový způsob měření Hubblova Konstanta, a doufejme, že řešení problému,“ řekl Kunal Mooley, National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a Caltech.

technika je podobná technice používající výbuchy supernovy. Předpokládá se, že výbuchy supernov typu Ia mají vnitřní jas, který lze vypočítat na základě rychlosti, s jakou se rozjasní a poté zmizí. Měření jasu, jak je vidět ze země, pak říká vzdálenost k výbuchu supernovy. Měření Dopplerova posunu světla z hostitelské galaxie supernovy ukazuje rychlost, jakou galaxie ustupuje ze země. Rychlost dělená vzdáleností dává Hubbleovu konstantu. Chcete-li získat přesné číslo, musí být mnoho takových měření provedeno v různých vzdálenostech.

když se srazí dvě masivní neutronové hvězdy, způsobí výbuch a výbuch gravitačních vln. Tvar signálu gravitačních vln říká vědcům, jak „jasný“ byl výbuch gravitačních vln. Měření „jasu“ nebo intenzity gravitačních vln přijatých na Zemi může poskytnout vzdálenost.

„jedná se o zcela nezávislý způsob měření, který, jak doufáme, může objasnit, jaká je skutečná hodnota Hubbleovy konstanty,“ řekl Mooley.

je tu však zvrat. Intenzita gravitačních vln se mění podle jejich orientace vzhledem k orbitální rovině dvou neutronových hvězd. Gravitační vlny jsou silnější ve směru kolmém na orbitální rovinu a slabší, pokud je orbitální rovina na hraně, jak je vidět ze země.

„abychom mohli použít gravitační vlny k měření vzdálenosti, potřebovali jsme tuto orientaci znát,“ řekl Adam Deller z Swinburne University of Technology v Austrálii.

Po dobu měsíců, astronomové používají radioteleskopy k měření pohybu superrychlý tryskáč materiálu vysune z výbuchu. „Použili jsme tato měření spolu s podrobnými hydrodynamických simulací k určení orientace úhlu, což umožňuje použití gravitačních vln k určení vzdálenosti,“ řekl Ehud Nakar z Tel Aviv University.

Tento jednolůžkový měření, z událostí přibližně 130 milionů světelných let od Země, ještě není dostačující k vyřešení této nejistoty, vědci řekl, ale technika nyní může být aplikován na budoucí neutron-hvězdičkový fúzí detekovat gravitační vlny.

„myslíme si, že 15 dalších takových událostí, které lze pozorovat jak gravitačními vlnami, tak velmi podrobně s radioteleskopy, může být schopno tento problém vyřešit,“ řekl Kenta Hotokezaka z Princetonské univerzity. „To by byl důležitý pokrok v našem chápání jednoho z nejdůležitějších aspektů vesmíru,“ dodal.

mezinárodní vědecký tým vedený Hotokezakou hlásí své výsledky v časopise Nature Astronomy.

Reference: „a Hubbleova konstanta measurement from superluminal motion of the jet in GW170817“ by k.Hotokezaka, e. Nakar, o. Gottlieb, s. Nissanke, k. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley and a. T. Deller, 8 July 2019, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-019-0820-1

National Radio Astronomy Observatory je zařízení, National Science Foundation, provozované v rámci kooperativního dohoda Přidružených Univerzit, Inc.