konstnärens intryck av explosionen och sprängningen av gravitationsvågor som emitteras när ett par superdense neutronstjärnor kolliderar. Nya observationer med radioteleskop visar att sådana händelser kan användas för att mäta universums expansionshastighet. Kredit: NRAO / AUI/NSF

hur snabbt expanderar universum? Vi vet inte säkert.

astronomer studerar kosmisk expansion genom att mäta Hubble-konstanten. De har mätt denna konstant på flera olika sätt, men några av deras resultat håller inte med varandra. Denna oenighet, eller spänning, i Hubble-konstanten är en växande kontrovers inom astronomi. Men nya observationer av kolliderande neutronstjärnor kan ge en lösning.gå med i vår värd Melissa Hoffman från National Radio Astronomy Observatory när hon förklarar hur astronomer använder radioastronomi och gravitationsvågor för att svara på detta kosmiska mysterium.astronomer som använder National Science Foundation (NSF) radioteleskop har visat hur en kombination av gravitationsvåg och radioobservationer, tillsammans med teoretisk modellering, kan göra sammanslagningarna av par neutronstjärnor till en ”kosmisk linjal” som kan mäta universums expansion och lösa en enastående fråga över dess hastighet.astronomerna använde NSF: s Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) och Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) för att studera efterdyningarna av kollisionen mellan två neutronstjärnor som producerade gravitationsvågor som upptäcktes 2017. Denna händelse erbjöd ett nytt sätt att mäta universums expansionshastighet, känd av forskare som Hubble-konstanten. Universums expansionshastighet kan användas för att bestämma dess storlek och ålder, samt fungera som ett viktigt verktyg för att tolka observationer av objekt någon annanstans i universum.

radioobservationer av en stråle av material som kastades ut i efterdyningarna av neutronstjärnsammanslagningen var nyckeln till att låta astronomer bestämma orienteringen av stjärnornas orbitalplan före sammanslagningen, och därmed” ljusstyrkan ” hos gravitationsvågorna som emitterades i jordens riktning. Detta kan göra sådana händelser till ett viktigt nytt verktyg för att mäta universums expansionshastighet. Kredit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

två ledande metoder för att bestämma Hubble-konstanten använder egenskaperna hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden, den kvarvarande strålningen från Big Bang eller en specifik typ av supernovaexplosioner, kallad Typ Ia, i det avlägsna universum. Dessa två metoder ger emellertid olika resultat.”neutronstjärnans sammanslagning ger oss ett nytt sätt att mäta Hubble-konstanten och förhoppningsvis lösa problemet”, säger Kunal Mooley, från National Radio Astronomy Observatory (NRAO) och Caltech.

tekniken liknar den som använder supernovaexplosionerna. Typ Ia supernovaexplosioner tros alla ha en inneboende ljusstyrka som kan beräknas baserat på den hastighet med vilken de lyser och sedan bleknar bort. Mätning av ljusstyrkan sett från jorden berättar sedan avståndet till supernovaexplosionen. Mätning av Dopplerförskjutningen av ljuset från supernovas värdgalax indikerar hur snabbt galaxen går tillbaka från jorden. Hastigheten dividerad med avståndet ger Hubble-konstanten. För att få en exakt siffra måste många sådana mätningar göras på olika avstånd.

När två massiva neutronstjärnor kolliderar producerar de en explosion och en explosion av gravitationsvågor. Formen på gravitationsvågsignalen berättar för forskare hur” ljus ” den sprängningen av gravitationsvågor var. Mätning av gravitationsvågornas” ljusstyrka ” eller intensitet som mottas på jorden kan ge avståndet.

”detta är ett helt oberoende mätmedel som vi hoppas kan klargöra vad det verkliga värdet av Hubble-konstanten är,” sade Mooley.

men det finns en twist. Gravitationsvågornas intensitet varierar med deras orientering med avseende på orbitalplanet för de två neutronstjärnorna. Gravitationsvågorna är starkare i riktningen vinkelrätt mot orbitalplanet och svagare om orbitalplanet är Kant-on sett från jorden.

”för att kunna använda gravitationsvågorna för att mäta avståndet behövde vi veta den orienteringen”, säger Adam Deller, från Swinburne University of Technology i Australien.

under en period av månader använde astronomerna radioteleskopen för att mäta rörelsen av en superfast stråle av material som kastades ut från explosionen. ”Vi använde dessa mätningar tillsammans med detaljerade hydrodynamiska simuleringar för att bestämma orienteringsvinkeln, vilket möjliggör användning av gravitationsvågorna för att bestämma avståndet”, säger Ehud Nakar från Tel Aviv University.

denna enda mätning, av en händelse cirka 130 miljoner ljusår från jorden, är ännu inte tillräcklig för att lösa osäkerheten, sa forskarna, men tekniken kan nu tillämpas på framtida neutronstjärnsammanslagningar upptäckta med gravitationsvågor.

” Vi tror att ytterligare 15 sådana händelser som kan observeras både med gravitationsvågor och i detalj med radioteleskop, kanske kan lösa problemet”, säger Kenta Hotokezaka, från Princeton University. ”Detta skulle vara ett viktigt framsteg i vår förståelse av en av de viktigaste aspekterna av universum,” tillade han.

det internationella vetenskapliga teamet som leds av Hotokezaka rapporterar sina resultat i tidskriften Nature Astronomy.

referens: ”en Hubble konstant mätning från superluminal rörelse av strålen i GW170817” av K. Hotokezaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley och A. T. Deller, 8 juli 2019, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1

National Radio Astronomy Observatory är en anläggning för National Science Foundation, som drivs enligt samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.