En kunstners skildring av to nøytronstjerner som fusjonerer og slipper gravitasjonsbølger.
(Bilde: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analyserer krusninger i stoffets tid og rom skapt av par av døde stjerner kan fort løse et kosmisk mysterium rundt hvor raskt universet ekspanderer - hvis forskere er heldige.
Det er dommen fra en ny studie, som også kan kaste lys over universets endelige skjebne, har forskerne som har arbeidet med det sagt.
Kosmos har fortsatt å ekspandere siden fødselen for rundt 13,8 milliarder år siden. Ved å måle den nåværende hastigheten på universets ekspansjon, kjent som Hubble konstant, kan forskere dedisere kosmosens alder og detaljer om dens nåværende tilstand. De kan til og med bruke tallet for å prøve å lære universets skjebne, for eksempel om den vil utvide seg for alltid, kollapse over seg selv eller rive fullstendig fra hverandre.
Forskere bruker to primære metoder for å måle Hubble-konstanten. Den ene innebærer å overvåke nærliggende objekter hvis egenskaper forskere forstår godt, for eksempel stjerneksplosjoner kjent som supernovaer og pulserende stjerner kjent som Cepheid-variabler, for å estimere deres avstander og deretter utlede universets ekspansjonsgrad. Den andre fokuserer på den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, reststrålingen fra Big Bang, og undersøker hvordan den har endret seg over tid for å beregne hvor raskt kosmos har utvidet seg.
Imidlertid har dette paret av teknikker gitt to forskjellige resultater for verdien av Hubble-konstanten. Data fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen antyder at universet for tiden utvides med en hastighet på 41,6 miles (67 kilometer) per sekund per 3,26 millioner lysår, mens data fra supernovaer og Cepheider i det nærliggende universet antyder en hastighet på omtrent 45,3 mil ( 73 km) per sekund per 3,26 millioner lysår.
Dette avviket antyder at den standard kosmologiske modellen - forskernes forståelse av universets struktur og historie - kan være feil. Å løse denne debatten, kjent som Hubble konstant konflikt, kunne belyse kosmos utvikling og endelige skjebne.
I den nye studien antyder fysikere at fremtidige data fra krusningene i stoffets rom og tid kjent som gravitasjonsbølger kan bidra til å bryte denne dødvollen. "Hubble konstante konflikt - det største antydningen vi har om at vår modell av universet er ufullstendig - er løselig på fem til ti år," fortalte hovedstudieforfatteren Stephen Feeney, en astrofysiker ved Flatiron Institute i New York, til Space.com.
I følge Einsteins teori om generell relativitet, tyngdekraften er resultatet av hvordan masse forvrenger rom-tid. Når en gjenstand med masse beveger seg, skal den produsere tyngdekraftsbølger som glidelås med lysets hastighet, som strekker seg og klemmer plass-tid underveis.
Gravitasjonsbølger er usedvanlig svake, og det var først i 2016 at forskere oppdaget det første direkte beviset på dem. I 2017 oppdaget forskere også gravitasjonsbølger fra kolliderende nøytronstjerner, rester av stjerner som omkom i katastrofale eksplosjoner kjent som supernovaer. Hvis en stjerners rester ikke er massive nok til å kollapse for å bli svarte hull, vil de i stedet ende opp som en nøytronstjerne, så kalt fordi dens gravitasjonstrekk er sterk nok til å knuse protoner sammen med elektroner for å danne nøytroner.
I motsetning til svarte hull, avgir nøytronstjerner synlig lys, og det samme gjør kollisjonene deres. Tyngdekraftsbølgene fra disse sammenslåingene, kalt "standard sirener", vil hjelpe forskere med å kartlegge avstanden fra Jorden, mens lyset fra disse kollisjonene vil bidra til å bestemme hastigheten de beveget seg i forhold til Jorden. Forskere kan deretter bruke begge disse datasettene til å beregne Hubble-konstanten. Ifølge Feeney og hans kolleger kan det å analysere krasj mellom rundt 50 par nøytronstjerner i løpet av de neste fem til ti årene gi nok data til å bestemme den beste målingen ennå av Hubble-konstanten.
Dette estimatet avhenger imidlertid av hvor ofte nøytron-stjernekollisjoner forekommer. "Det er betydelig usikkerhet i frekvensen av nøytronstjernefusjoner - vi har tross alt bare sett en hittil, "sa Feeney." Hvis vi var veldig heldige å se den, og fusjoner faktisk er mye sjeldnere enn vi tror, så å observere antall fusjoner som trengs for å forklare Hubble-konstanten konflikten kan ta lengre tid enn vi uttalte i vårt arbeid. "
Gravitasjonsbølger kan ende opp med å støtte den ene verdien for Hubble-konstanten fremfor den andre, men de kan også bestemme en ny tredje verdi for Hubble-konstanten, sa Feeney. Hvis dette skjer, kan det føre til ny innsikt om oppførselen til supernovaer, Cepheids eller nøytronstjerner, la han til.
Forskerne detaljerte funnene deres online 14. februar i tidsskriftet Physical Review Letters.
