kunstnerens indtryk af eksplosionen og burst af gravitationsbølger udsendt, når et par superdense neutronstjerner kolliderer. Nye observationer med radioteleskoper viser, at sådanne begivenheder kan bruges til at måle universets ekspansionshastighed. Kredit: NRAO/AUI / NSF

hvor hurtigt ekspanderer universet? Vi ved det ikke med sikkerhed.astronomer studerer kosmisk ekspansion ved at måle Hubble-konstanten. De har målt denne konstant på flere forskellige måder, men nogle af deres resultater er ikke enige med hinanden. Denne uenighed eller spænding i Hubble-konstanten er en voksende kontrovers inden for astronomi. Men nye observationer af kolliderende neutronstjerner kunne give en løsning.

Deltag i vores vært Melissa Hoffman fra National Radio Astronomy Observatory, da hun forklarer, hvordan astronomer bruger radioastronomi og gravitationsbølger til at besvare dette kosmiske mysterium.astronomer ved hjælp af National Science Foundation (NSF) radioteleskoper har demonstreret, hvordan en kombination af gravitationsbølge-og radioobservationer sammen med teoretisk modellering kan gøre fusionerne af par neutronstjerner til en “kosmisk lineal”, der er i stand til at måle universets ekspansion og løse et udestående spørgsmål om dets hastighed.astronomerne brugte NSF ‘ s Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) for at studere eftervirkningerne af kollisionen af to neutronstjerner, der producerede gravitationsbølger opdaget i 2017. Denne begivenhed tilbød en ny måde at måle universets ekspansionshastighed, kendt af forskere som Hubble-konstanten. Universets ekspansionshastighed kan bruges til at bestemme dets størrelse og alder samt tjene som et vigtigt redskab til fortolkning af observationer af objekter andre steder i universet.

Radioobservationer af en stråle af materiale, der udkastes i kølvandet på neutronstjernefusionen, var nøglen til at tillade astronomer at bestemme orienteringen af stjernernes orbitalplan før deres fusion, og dermed “lysstyrken” af gravitationsbølgerne udsendt i retning af jorden. Dette kan gøre sådanne begivenheder til et vigtigt nyt værktøj til måling af universets ekspansionshastighed. Kredit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

to førende metoder til bestemmelse af Hubble-konstanten bruger egenskaberne ved den kosmiske Mikrobølgebaggrund, den resterende stråling fra Big Bang eller en bestemt type supernova-eksplosioner, kaldet Type Ia, i det fjerne Univers. Disse to metoder giver imidlertid forskellige resultater.”neutronstjernefusionen giver os en ny måde at måle Hubble-konstanten på og forhåbentlig løse problemet,” sagde Kunal Mooley fra National Radio Astronomy Observatory (NRAO) og Caltech.

teknikken ligner den, der bruger supernovaeksplosionerne. Type Ia supernova eksplosioner menes at alle har en iboende lysstyrke, som kan beregnes ud fra den hastighed, hvormed de lyser og derefter falmer væk. Måling af lysstyrken set fra jorden fortæller derefter afstanden til supernovaeksplosionen. Måling af Doppler-skiftet af lyset fra supernovas værtsgalakse indikerer den hastighed, hvormed galaksen trækker sig tilbage fra jorden. Hastigheden divideret med afstanden giver Hubble-konstanten. For at få en nøjagtig figur skal mange sådanne målinger foretages på forskellige afstande.

Når to massive neutronstjerner kolliderer, producerer de en eksplosion og en udbrud af gravitationsbølger. Formen af gravitationsbølgesignalet fortæller forskere, hvor” lyst ” det udbrud af gravitationsbølger var. Måling af” lysstyrken ” eller intensiteten af gravitationsbølgerne som modtaget på jorden kan give afstanden.

“dette er et helt uafhængigt målemiddel, som vi håber kan afklare, hvad den sande værdi af Hubble-konstanten er,” sagde Mooley.

der er dog en vri. Intensiteten af gravitationsbølgerne varierer med deres orientering i forhold til orbitalplanet for de to neutronstjerner. Gravitationsbølgerne er stærkere i retningen vinkelret på orbitalplanet og svagere, hvis orbitalplanet er kant-på Set fra jorden.”for at kunne bruge gravitationsbølgerne til at måle afstanden, var vi nødt til at kende den orientering,” sagde Adam Deller fra University of Technology i Australien.

over en periode på måneder brugte astronomerne radioteleskoperne til at måle bevægelsen af en superhurtig stråle af materiale, der blev kastet ud af eksplosionen. “Vi brugte disse målinger sammen med detaljerede hydrodynamiske simuleringer til at bestemme orienteringsvinklen, hvilket gjorde det muligt at bruge gravitationsbølgerne til at bestemme afstanden,” sagde Ehud Nakar fra Tel Aviv University.

denne enkelt måling af en begivenhed omkring 130 millioner lysår fra jorden er endnu ikke tilstrækkelig til at løse usikkerheden, sagde forskerne, men teknikken kan nu anvendes til fremtidige neutronstjernefusioner detekteret med gravitationsbølger.”vi tror, at 15 flere sådanne begivenheder, der kan observeres både med gravitationsbølger og i detaljer med radioteleskoper, kan være i stand til at løse problemet,” sagde Kenta Hotokesaka fra Princeton University. “Dette ville være et vigtigt fremskridt i vores forståelse af et af de vigtigste aspekter af universet,” tilføjede han.

det internationale videnskabelige team ledet af Hotokesaka rapporterer sine resultater i tidsskriftet Nature Astronomy.

Reference: “en Hubble konstant måling fra superluminal bevægelse af strålen i GV170817” af K. Hotokesaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley og A. T. Deller, 8.juli 2019, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1

National Radio Astronomy Observatory er en facilitet under National Science Foundation, der drives under samarbejdsaftale af Associated Universities, Inc.