Інститут Нільса Бора пропонує використовувати кілонові (вибухи в результаті злиття нейтронних зірок) для усунення розбіжностей у вимірюванні швидкості розширення Всесвіту. Початкові результати є багатообіцяючими, але для їх підтвердження потрібні додаткові випадки.
В останні роки астрономія пережила певну кризу: хоча ми знаємо, що Всесвіт розширюється, і хоча приблизно знаємо, як швидко він рухається, два фундаментальні способи вимірювання цього розширення не збігаються. Тепер астрофізики з Інституту Нільса Бора пропонують новий метод, який може допомогти вирішити цю напругу.
Всесвіт розширюється
Ми знаємо про це з тих пір, як Едвін Хаббл та інші астрономи, близько 100 років тому, виміряли швидкості низки навколишніх галактик. Галактики у Всесвіті «розштовхуються» одна від одної внаслідок цього розширення, і тому віддаляються одна від одної.
Чим більша відстань між двома галактиками, тим швидше вони розсуваються одна від одної, і точна швидкість цього руху є однією з найбільш фундаментальних величин у сучасній космології. Число, яке описує розширення, називається постійною Хаббла, і воно фігурує в багатьох різних рівняннях і моделях Всесвіту та його компонентів.
Галактики більш-менш нерухомі в космосі, але сам простір розширюється. Це змушує галактики віддалятися одна від одної зі все більшою швидкістю. Проте, як саме швидко, залишається загадкою. Авторство: ISO/L. Калада. Галактики більш-менш нерухомі в космосі, але сам простір розширюється. Це змушує галактики віддалятися одна від одної зі все більшою швидкістю. Проте, як саме швидко, залишається загадкою. Авторство: ISO/L. Калада
Проблема Хаббла
Щоб зрозуміти Всесвіт, ми повинні якомога точніше знати постійну Хаббла. Є кілька способів його вимірювання; Методи незалежні один від одного, але, на щастя, дають майже однаковий результат.
Тобто це майже…
Найпростішим інтуїтивним способом зрозуміти, в принципі, є той самий метод, який Едвін Хаббл і його колеги використовували століття тому: визначення місцезнаходження групи галактик і вимірювання їхніх відстаней і швидкостей. На практиці це здійснюється шляхом пошуку галактик із вибухаючими зірками, або т. зв Наднові. Цей метод доповнюється іншим методом, який аналізує порушення в т.зв Космічне фонове випромінювання; Давня форма світла, що датується незабаром після великий вибух.
Два методи — метод наднових і метод фонового випромінювання — завжди давали дещо різні результати. Але будь-які вимірювання супроводжуються невизначеністю, а кілька років тому невизначеності були достатньо великими, щоб ми могли звинувачувати їх у невідповідності.
Ліва півкуля показує розширений залишок наднової зірки, відкритий Тихо Браге в 1572 році, на рентгенівському знімку (Авторство зображення: NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes та ін.). Справа – карта космічного фонового випромінювання, що виходить з половини неба, яке спостерігається в мікрохвилях. Авторство зображення: наукова команда NASA/WMAP
Однак у міру вдосконалення методів вимірювання невизначеності зменшилися, і тепер ми досягли точки, коли можемо з високим ступенем упевненості стверджувати, що ні те, ні інше не може бути правдою.
Корінь цієї “проблеми Хаббла” – чи невідомі ефекти систематично зміщують один із результатів, чи це вказує на нову фізику, яка ще не відкрита – наразі є однією з найгарячіших тем в астрономії.
Постійний парадокс Хаббла
Розширення Всесвіту вимірюється у «швидкості на відстань», яка становить трохи більше 20 кілометрів на секунду на мільйон світлових років. Це означає, що галактика, розташована на відстані 100 мільйонів світлових років, віддаляється від нас зі швидкістю 2000 км/с, а інша галактика, розташована на відстані 200 мільйонів світлових років, віддаляється від нас зі швидкістю 4000 км/с.
Однак використання наднових для вимірювання відстаней і швидкостей галактик дає 22,7 ± 0,4 км/с, тоді як аналіз космічного фонового випромінювання дає 20,7 ± 0,2 км/с.
Звертати увагу на таке незначне розбіжність може здатися нудним, але воно може бути дуже важливим. Наприклад, це число з’являється при обчисленні віку Всесвіту, і два методи дають вік 12,8 і 13,8 мільярдів років відповідно.
Кілонова: новий підхід до вимірювання
Однією з найбільших проблем є точне визначення відстаней до галактик. Але в новому дослідженні Альберт Сніппен, докторант з астрофізики в Центрі космічного світанку в Інституті Нільса Бора в Копенгагені, пропонує новий спосіб вимірювання відстаней, який може допомогти вирішити поточну суперечку.
«Коли дві надзвичайно компактні нейтронні зірки, які самі є залишками наднових, обертаються навколо одна одної і зрештою зливаються, вони вибухають у новому вибуху; це називається кілоновою», — пояснює Альберт Снепен. «Нещодавно ми показали, наскільки цей вибух надзвичайно симетричний, і це виявляється, що «ця симетрія не тільки красива, але й неймовірно корисна».
в Третє дослідження Щойно опублікований, плідний докторант демонструє, що кілонові, хоч і складні, можна описати за допомогою однієї температури. Виявляється, симетрія та простота Кілонової дають змогу астрономам точно визначити, скільки світла вона випромінює.
Порівнюючи цю яскравість з кількістю світла, що досягає Землі, дослідники можуть обчислити, наскільки далеко знаходиться Кілонова. Таким чином вони отримали новий незалежний метод обчислення відстані до галактик, що містять кілонові.
Дарач Уотсон є доцентом Центру космічного світанку та співавтором дослідження. “Наднові зірки, які досі використовувалися для вимірювання відстані між галактиками, не завжди випромінюють однакову кількість світла, – пояснює він. – Крім того, вони спочатку вимагають від нас відкалібрувати відстань за допомогою іншого типу зірок, званих зірками цефеїд, який, у свою чергу, також має бути відкалібрований.” Використовуючи кілонові, ми можемо обійти ці ускладнення, які викликають невизначеність вимірювань.
Попередні результати та подальші кроки
Щоб довести його потенціал, астрофізики застосували цей метод до кілонової, відкритої в 2017 році. Результат — постійна Хаббла, ближча до методу фонового випромінювання, але чи здатний метод кілонової вирішити проблему Хаббла, дослідники поки не наважуються сказати:
«Поки що ми маємо лише одне прикладне дослідження, і нам потрібно більше прикладів, перш ніж ми зможемо прийти до переконливого висновку», — попереджає Альберт Снебен. “Але наш метод обходить, принаймні, деякі відомі джерела невизначеності, і є дуже “чистою” системою для вивчення. Він не вимагає калібрування чи поправочного коефіцієнта.
Довідка: Альберт Снепен, Дарах Уотсон, Дові Познанскі, Олівер Гаст, Андреас Баузейн і Радослав Войтак «Вимірювання постійної Хаббла в кілоноватах за допомогою методу фотосфери, що розширюється», 2 жовтня 2023 р. Астрономія і астрофізика.
doi: 10.1051/0004-6361/202346306
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
