impresia artistului despre explozia și explozia undelor gravitaționale emise atunci când o pereche de stele neutronice superdense se ciocnesc. Noile observații cu telescoape radio arată că astfel de evenimente pot fi folosite pentru a măsura rata de expansiune a Universului. Credit: NRAO/AUI/NSF
cât de repede se extinde universul? Nu știm sigur.
astronomii studiază expansiunea cosmică prin măsurarea Constantei Hubble. Ei au măsurat această constantă în mai multe moduri diferite, dar unele dintre rezultatele lor nu sunt de acord între ele. Acest dezacord, sau tensiune, în Constanta Hubble este o controversă în creștere în astronomie. Dar noile observații ale stelelor neutronice care se ciocnesc ar putea oferi o soluție.Alăturați-vă gazdei noastre Melissa Hoffman de la Observatorul Național de radio astronomie în timp ce explică modul în care astronomii folosesc radioastronomia și undele gravitaționale pentru a răspunde acestui mister cosmic.astronomii care folosesc radiotelescoapele National Science Foundation (NSF) au demonstrat cum o combinație de unde gravitaționale și observații radio, împreună cu modelarea teoretică, pot transforma fuziunile perechilor de stele neutronice într-un „conducător cosmic” capabil să măsoare expansiunea Universului și să rezolve o întrebare remarcabilă asupra ratei sale.
astronomii au folosit matricea de bază foarte lungă a NSF (VLBA), matricea foarte mare Karl G. Jansky (VLA) și Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) pentru a studia consecințele coliziunii a două stele neutronice care au produs unde gravitaționale detectate în 2017. Acest eveniment a oferit o nouă modalitate de a măsura rata de expansiune a Universului, cunoscută de oamenii de știință drept Constanta Hubble. Rata de expansiune a universului poate fi utilizată pentru a determina dimensiunea și vârsta acestuia, precum și pentru a servi ca un instrument esențial pentru interpretarea observațiilor obiectelor din altă parte a Universului.
observațiile Radio ale unui jet de material ejectat în urma fuziunii neutron-stea au fost esențiale pentru a permite astronomilor să determine orientarea planului orbital al stelelor înainte de fuziunea lor și, astfel, „luminozitatea” undelor gravitaționale emise în direcția Pământului. Acest lucru poate face astfel de evenimente un nou instrument important pentru măsurarea ratei de expansiune a Universului. Credit: Sophia Dagnello, NRAO / AUI / NSF
două metode principale de determinare a Constantei Hubble folosesc caracteristicile fundalului cosmic cu microunde, radiația rămasă din Big Bang sau un tip specific de explozii de supernove, numite Tip Ia, în universul îndepărtat. Cu toate acestea, aceste două metode dau rezultate diferite.
„fuziunea stelelor neutronice ne oferă un nou mod de măsurare a Constantei Hubble și, sperăm, de rezolvare a problemei”, a declarat Kunal Mooley, de la Observatorul Național de radio astronomie (Nrao) și Caltech.
tehnica este similară cu cea care folosește exploziile supernovei. Se crede că exploziile supernovelor de tip Ia au o luminozitate intrinsecă care poate fi calculată pe baza vitezei cu care se luminează și apoi se estompează. Măsurarea luminozității așa cum se vede de pe Pământ indică apoi Distanța până la explozia supernovei. Măsurarea deplasării Doppler a luminii din galaxia gazdă a supernovei indică viteza cu care galaxia se retrage de pe Pământ. Viteza împărțită la distanță produce Constanta Hubble. Pentru a obține o cifră exactă, multe astfel de măsurători trebuie făcute la distanțe diferite.
când două stele neutronice masive se ciocnesc, ele produc o explozie și o explozie de unde gravitaționale. Forma semnalului undelor gravitaționale le spune oamenilor de știință cât de „strălucitoare” a fost acea explozie de unde gravitaționale. Măsurarea „luminozității” sau a intensității undelor gravitaționale primite pe Pământ poate produce distanța.”acesta este un mijloc complet independent de măsurare care sperăm că poate clarifica care este adevărata valoare a Constantei Hubble”, a spus Mooley.
cu toate acestea, există o întorsătură. Intensitatea undelor gravitaționale variază în funcție de orientarea lor față de planul orbital al celor două stele neutronice. Undele gravitaționale sunt mai puternice în direcția perpendiculară pe planul orbital și mai slabe dacă planul orbital este edge-on așa cum se vede de pe Pământ.”pentru a folosi undele gravitaționale pentru a măsura distanța, trebuia să știm această orientare”, a declarat Adam Deller, de la Universitatea de tehnologie Swinburne din Australia.
pe o perioadă de luni, astronomii au folosit telescoapele radio pentru a măsura mișcarea unui jet super rapid de material ejectat din explozie. „Am folosit aceste măsurători împreună cu simulări hidrodinamice detaliate pentru a determina unghiul de orientare, permițând astfel utilizarea undelor gravitaționale pentru a determina distanța”, a spus Ehud Nakar de la Universitatea din Tel Aviv.această măsurare unică, a unui eveniment aflat la aproximativ 130 de milioane de ani lumină de pământ, nu este încă suficientă pentru a rezolva incertitudinea, au spus oamenii de știință, dar tehnica poate fi aplicată acum viitoarelor fuziuni neutron-Stele detectate cu unde gravitaționale.”credem că încă 15 astfel de evenimente care pot fi observate atât cu undele gravitaționale, cât și în detaliu cu telescoapele radio, pot fi capabile să rezolve problema”, a spus Kenta Hotokezaka, de la Universitatea Princeton. „Acesta ar fi un progres important în înțelegerea noastră a unuia dintre cele mai importante aspecte ale universului”, a adăugat el.
echipa științifică internațională condusă de Hotokezaka își raportează rezultatele în revista Nature Astronomy.
referință: „o măsurare constantă Hubble din mișcarea superluminală a jetului în GW170817” de K. Hotokezaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley și A. T. Deller, 8 iulie 2019, astronomia naturii.
DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1
Observatorul Național de radioastronomie este o facilitate a Fundației Naționale de științe, operată în baza unui acord de cooperare de către Associated Universities, Inc.