wrażenie artysty na eksplozji i wybuchu fal grawitacyjnych emitowanych podczas zderzenia pary superdensujących gwiazd neutronowych. Nowe obserwacje za pomocą radioteleskopów pokazują, że takie zdarzenia mogą być wykorzystane do pomiaru szybkości ekspansji Wszechświata. Kredyt: NRAO/AUI/NSF

jak szybko rozwija się wszechświat? Nie wiemy na pewno.

astronomowie badają ekspansję Kosmiczną mierząc stałą Hubble ’ a. Mierzyli tę stałą na kilka różnych sposobów, ale niektóre z ich wyników nie zgadzają się ze sobą. To nieporozumienie lub napięcie w stałej Hubble ’ a jest coraz większym kontrowersją w astronomii. Ale nowe obserwacje zderzających się gwiazd neutronowych mogą dostarczyć rozwiązania.

Dołącz do naszej gospodyni Melissy Hoffman z National Radio Astronomy Observatory, która wyjaśnia, w jaki sposób astronomowie wykorzystują radioastronomię i fale grawitacyjne, aby odpowiedzieć na tę Kosmiczną tajemnicę.

astronomowie korzystający z radioteleskopów National Science Foundation (NSF) zademonstrowali, w jaki sposób połączenie obserwacji fal grawitacyjnych i radiowych, wraz z teoretycznym modelowaniem, może zamienić połączenia par gwiazd neutronowych w „Kosmiczny władca” zdolny do pomiaru ekspansji Wszechświata i rozwiązania nierozstrzygniętego pytania o jego szybkość.

astronomowie używali NSF ’ s very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (Vla) i Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) do badania następstw zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, które wytworzyły fale grawitacyjne wykryte w 2017 roku. Wydarzenie to zaoferowało nowy sposób pomiaru szybkości ekspansji Wszechświata, znany przez naukowców jako stała Hubble ’ a. Szybkość ekspansji wszechświata może być wykorzystana do określenia jego wielkości i wieku, a także służyć jako niezbędne narzędzie do interpretacji obserwacji obiektów w innych częściach wszechświata.

obserwacje radiowe strumienia materiału wyrzuconego w wyniku połączenia gwiazdy neutronowej były kluczem do umożliwienia astronomom określenia orientacji płaszczyzny orbitalnej gwiazd przed ich połączeniem, a tym samym „jasności” fal grawitacyjnych emitowanych w kierunku Ziemi. Może to sprawić, że takie wydarzenia staną się ważnym nowym narzędziem do pomiaru szybkości ekspansji Wszechświata. Kredyt: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

dwie wiodące metody wyznaczania stałej Hubble ’ a wykorzystują charakterystykę kosmicznego mikrofalowego tła, pozostałego promieniowania z Wielkiego Wybuchu lub specyficznego typu wybuchów supernowych, zwanego typem Ia, w odległym wszechświecie. Jednak te dwie metody dają różne wyniki.

„fuzja gwiazd neutronowych daje nam nowy sposób pomiaru stałej Hubble 'a i miejmy nadzieję na rozwiązanie problemu”, powiedział Kunal Mooley z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Caltech.

technika jest podobna do tej z użyciem wybuchów supernowych. Uważa się, że wybuchy supernowych typu Ia mają wewnętrzną jasność, którą można obliczyć na podstawie prędkości, z jaką się rozjaśniają, a następnie zanikają. Pomiar jasności widzianej z ziemi określa odległość do wybuchu supernowej. Pomiar dopplerowskiego przesunięcia światła z galaktyki macierzystej supernowej wskazuje prędkość, z jaką galaktyka ta oddala się od Ziemi. Prędkość podzielona przez odległość daje stałą Hubble ’ a. Aby uzyskać dokładną liczbę, wiele takich pomiarów musi być wykonanych w różnych odległościach.

kiedy zderzają się dwie masywne gwiazdy neutronowe, wywołują one eksplozję i wybuch fal grawitacyjnych. Kształt sygnału fal grawitacyjnych mówi naukowcom, jak „jasny” był ten wybuch fal grawitacyjnych. Pomiar „jasności” lub intensywności fal grawitacyjnych otrzymanych na Ziemi może dać odległość.

„jest to całkowicie niezależny środek pomiaru, który mamy nadzieję może wyjaśnić, jaka jest prawdziwa wartość stałej Hubble 'a”, powiedział Mooley.

Jednak jest zwrot akcji. Natężenie fal grawitacyjnych zmienia się wraz z ich orientacją w odniesieniu do płaszczyzny orbitalnej dwóch gwiazd neutronowych. Fale grawitacyjne są silniejsze w kierunku prostopadłym do płaszczyzny orbitalnej i słabsze, jeśli płaszczyzna orbitalna jest krawędziowa widziana z ziemi.

„aby użyć fal grawitacyjnych do pomiaru odległości, musieliśmy znać tę orientację”, powiedział Adam Deller z Swinburne University of Technology w Australii.

przez kilka miesięcy astronomowie używali radioteleskopów do pomiaru ruchu superszybkiego strumienia materiału wyrzuconego z eksplozji. „Wykorzystaliśmy te pomiary wraz ze szczegółowymi symulacjami hydrodynamicznymi do określenia kąta orientacji, umożliwiając w ten sposób wykorzystanie fal grawitacyjnych do określenia odległości”, powiedział Ehud Nakar z Uniwersytetu w Tel Awiwie.

ten pojedynczy pomiar zdarzenia odległego o około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi nie jest jeszcze wystarczający, aby rozwiązać tę niepewność, jak twierdzą naukowcy, ale technika ta może być teraz zastosowana do przyszłych fuzji gwiazd neutronowych wykrytych falami grawitacyjnymi.

„uważamy, że 15 więcej takich zdarzeń, które można zaobserwować zarówno za pomocą fal grawitacyjnych, jak i bardzo szczegółowo za pomocą radioteleskopów, może być w stanie rozwiązać problem”, powiedział Kenta Hotokezaka z Uniwersytetu Princeton. „Byłby to ważny postęp w naszym zrozumieniu jednego z najważniejszych aspektów wszechświata” – dodał.

międzynarodowy zespół naukowy kierowany przez Hotokezakę zgłasza swoje wyniki w czasopiśmie Nature Astronomy.

odniesienie:” a Hubble constant 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

Narodowe Obserwatorium radioastronomiczne jest placówką National Science Foundation, prowadzoną na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities, Inc.