Srážky černé díry a neutronové hvězdy by mohly konečně urovnat různá měření rychlosti rozpínání vesmíru
Pokud sledujete vývoj v astronomii za posledních několik let, možná jste slyšeli o takzvané „krizi v kosmologii“, která astronomy nutí přemýšlet, zda není něco v nepořádku s naším současným chápáním vesmíru. Tato krize se točí kolem rychlosti, jakou se vesmír rozpíná: měření rychlosti rozpínání v současném vesmíru nejsou v souladu s měřeními rychlosti rozpínání během raného vesmíru. Bez žádného náznaku, proč by tato měření mohla nesouhlasit, jsou astronomové bezradní při vysvětlení tohoto rozdílu.
Prvním krokem k vyřešení této záhady je vyzkoušet nové metody měření rychlosti expanze. V papír Vědci z University College London (UCL), zveřejněný minulý týden, navrhli, že bychom mohli být schopni vytvořit nové nezávislé měření rychlosti rozpínání vesmíru pozorováním srážek černých děr a neutronových hvězd.
Vraťme se na chvíli zpět a prodiskutujeme, kde se věci právě nacházejí. Když se podíváme do vesmíru, zdá se, že galaxie, které jsou dále, se od nás vzdalují rychleji než ty bližší, protože samotný prostor se rozpíná. To je vyjádřeno číslem známým jako Hubbleova konstanta, která se obvykle zapisuje jako rychlost (v kilometrech za sekundu) galaxie vzdálené jeden megaparsek (Mpc).
Jedním z nejlepších způsobů měření Hubbleovy konstanty je pozorování objektů známých jako proměnné cefeid. Cefeidy jsou hvězdy, které se pravidelně zjasňují a stmívají, a jejich jasnost se náhodou shoduje s jejich periodou (dobou, kterou zabere ztmavnutí a opětovné zjasnění). Pravidelnost těchto objektů umožňuje odhadnout jejich vzdálenost a průzkum mnoha cefeid nám dává Hubbleovu konstantu asi 73 km/s/Mpc. Supernovy typu 1A jsou dalším běžným objektem se známou jasností a také dávají Hubbleovu konstantu pohybující se kolem 73 km/s/Mpc.
Na druhou stranu můžete měřit expanzi vesmíru během jeho nejranější fáze pozorováním dosvitu velkého třesku, známého jako kosmické mikrovlnné záření na pozadí (CMB). Naše nejlepší měření CMB bylo provedeno sondou Planck Evropské vesmírné agentury, která zveřejnila svá konečná data v roce 2018. Planck pozoroval Hubbleovu konstantu 67,66 km/s/Mpc.
Odhadované hodnoty Hubbleovy konstanty. Černá představuje měření z cefeid/supernov typu 1A (73 km/s/Mpc). Červená představuje měření CMB raného vesmíru (67 km/s/Mpc). Modrá ukazuje další techniky, jejichž nejistoty ještě nejsou tak malé, aby se mezi nimi dalo rozhodnout. Kredit: Renerpho (Wikimedia Commons).
Rozdíl mezi 67 a 73 není enormní a zpočátku se nejpravděpodobnějším vysvětlením rozdílu zdála být chyba přístroje. Pomocí následných pozorování se však chybové úsečky na těchto měřeních zúžily natolik, že rozdíl je statisticky významný. Fakt krize!
Zde doufají, že vědci z UCL zakročí. Navrhují novou metodu měření Hubbleovy konstanty, která se žádným způsobem nespoléhá na zbývající dvě metody. Začíná měřením gravitačních vln: vlnění v časoprostoru způsobené srážkou masivních objektů, jako jsou černé díry. První gravitační vlny byly detekovány teprve nedávno, v roce 2015, a dosud nebyly spojeny s žádnou viditelnou srážkou.
Jako hlavní výzkumník Stephen Feeney vysvětluje „Ještě jsme nezaznamenali světlo z těchto kolizí. Ale pokroky v citlivosti zařízení detekujících gravitační vlny spolu s novými detektory v Indii a Japonsku povedou k obrovskému skoku vpřed, pokud jde o to, kolik z těchto typů událostí dokážeme detekovat.
Gravitační vlny nám umožňují určit místo těchto srážek, ale pokud chceme měřit jejich rychlost, musíme také měřit světlo ze srážek. Srážka černá díra-neutronová hvězda by mohla být právě tím typem události, která by vyvolala obojí.
Pokud uvidíme dostatek těchto kolizí, mohli bychom je použít k vytvoření nového měření Hubbleovy konstanty.
Detektor gravitačních vln LIGO v Louisianě. Obrazový kredit: Caltech/MIT/LIGO Laboratory.
Tým UCL použil simulace k odhadu, kolik kolizí černé díry a neutronové hvězdy by mohlo nastat v příštím desetiletí. Zjistili, že pozemské detektory gravitačních vln by jich mohly do roku 2030 zachytit 3000 a z nich asi 100 pravděpodobně bude také produkovat viditelné světlo.
To by stačilo. Do roku 2030 bychom tak mohli mít zcela nové měření Hubbleovy konstanty. Zatím nevíme, zda bude nové měření souhlasit s měřením CMB, nebo s měřením Cepheid/Type 1A, nebo nesouhlasí s oběma. Ale výsledek, ať už dopadne jakkoli, bude důležitým krokem k rozluštění hádanky. Mohlo by to buď ukončit krizi v kosmologii, nebo ji učinit vážnější, donutit nás podívat se blíže na náš model vesmíru a přiznat, že o vesmíru nevíme víc, než jsme si mysleli.
Zjistěte více: “ Srážky černé díry a neutronové hvězdy mohou vyřešit spor o expanzi vesmíru .“ UCL.
Stephen M. Feeney, Hiranya V. Peiris, Samaya M. Nissanke a Daniel J. Mortlock, “ Vyhlídky na měření Hubbleovy konstanty se sloučením neutronové hvězdy a černé díry. 'Fyzické kontrolní dopisy.
Vybraný obrázek: Černá díra požírající neutronovou hvězdu. Kredit: Dana Berry/NASA.