Nøytronstjerner skriker i bølger av romtid når de dør, og astronomer har skissert en plan for å bruke tyngdekraften sin til å spore universets historie. Bli med når vi utforsker hvordan du kan gjøre smertene deres om til vår kosmologiske fortjeneste.
Kosmologer er besatt av standarder. Årsaken til denne besettelsen hviler i deres arbeidskrevende forsøk på å måle ekstreme avstander i vårt univers. Se på en tilfeldig stjerne eller galakse. Hvor langt borte er det? Er det nærmere eller lenger enn en stjerne eller galakse ved siden av? Hva om den ene er lysere eller svakere enn den andre?
Dette er en ganske håpløs situasjon, med mindre kosmos er spredt med vanlige ting - gjenstander med kjente egenskaper. Tenk om 100-watts lyspærer eller meterpinner strødde universet. Hvis vi kunne se lyspærene eller meterstokkene, kunne vi sammenligne hvordande ser på oss her på jorden til det vivet de ser ut på nært hold og personlig. Hvis vi ser en lyspære i universet, og vet at den antas å være den samme lysstyrken som en standard 100-watts pære, kan vi gjøre noen trigonometri for å slå avstanden til den pæren. Det samme for pinnen: hvis vi ser en tilfeldig pinne flyte rundt og vet at den antas å være nøyaktig en meter lang, kan vi sammenligne dens lengde i synsfeltet vårt og matte ut avstanden til den.
Selvfølgelig ville lyspærer og meterstokker gi elendige kosmologiske sonder, fordi de er svake og små. For seriøst arbeid trenger vi lyse ting, store ting og vanlige ting. Og det er dyrebare få av disse standardene i universet: Type 1a supernova tjener som ”standardlys” og akustiske svingninger i baryon (en rest bakt i fordelingen av galakser som er igjen fra det tidlige universet, og gjenstanden for en annen artikkel) kan tjene som en "standard linjal".
Men vi kommer til å trenge mer enn lys og pinner for å få oss ut av det nåværende kosmologiske conundrumet vi befinner oss i.
Vi lever i et ekspanderende univers. Hver dag kommer galakser lenger vekk fra hverandre (i gjennomsnitt kan det fortsatt være "småskala" -kollisjoner og grupperinger). Og ekspansjonshastigheten til vårt univers har endret seg de siste 13,8 milliarder årene av den kosmiske historien. Universet er laget av en haug med forskjellige karakterer: stråling, stjerner, gass, rare ting som nøytrinoer, rare ting som mørk materie, og rare ting som mørk energi. Når hver av disse komponentene slås på, slås av, begynner å dominere eller slutter å dominere, forskyves universets utvidelsesgrad på sin side.
Akkurat tilbake i de gode gamle dagene, pleide materien å være sjef for universet. Så etter hvert som universet ekspanderte, ble den ekspansjonen tregere fra den konstante tyngdekraften av alt det som gjaldt. Men så ble saken for spredd, for tynn og for svak til å kontrollere kosmos.
For rundt fem milliarder år siden tok mørk energi kontrollen, og reverserte den svake retardasjonen av universets utvidelse og presset kronbladet til metallet, noe som førte til at utvidelsen av universet ikke bare fortsatte, men akselererte. Mørk energi - uansett hva det er - fortsetter sin uhyggelige dominans av kosmos til i dag.
Det er kritisk viktig å måle ekspansjonshastigheten til universetakkurat nå - siden ekspansjonshastigheten er knyttet til innholdet i universet, forteller måling av ekspansjonshastigheten i dag hvem de viktigste kosmologiske aktørene er og deres relative betydning. Vi kan måle dagens utvidelsesgrad, kjent som Hubble-konstanten, på mange måter, som med pinner og stearinlys.
Og her ligger en overraskende spenning. Målinger av Hubble-konstanten fra det nærliggende universet ved bruk av ting som supernova gir en spesiell verdi. Men målinger av det tidlige universet ved bruk av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen fører også til begrensninger for dagens Hubble-konstant, og disse målingene er ikke helt enige med hverandre.
Et klissete problem: to uavhengige metoder for å måle samme antall fører til forskjellige resultater. Det kan være et tegn på helt ny fysikk eller bare dårlig forstått observasjoner. Men uansett, mens noen kosmologer ser på denne situasjonen som en utfordring, ser andre på den som en mulighet. Det vi trenger er flere målinger, og spesielt de som er helt uavhengige fra de eksisterende. Vi har standard linjaler og standardlys, så hva med ... vanlige sirener.
Jada, hvorfor ikke.
De kakofone gravitasjonsbølgene som sprenges fra de siste øyeblikkene av kollisjonene mellom to nøytronstjerner, inneholder saftig kosmologisk informasjon. Siden vi forstår fysikken deres veldig godt, kan vi studere den ultrapresise strukturen til tyngdekraftsbølgene for å vite hvor høyt (i tyngdekraft, ikke i lyd, men du må bare rulle med metaforen) de skrek da de kolliderte . Så kan vi sammenligne det med hvor høyt de høres ut her på jorden, og voila: en avstand.
Denne teknikken har allerede gitt en (relativt grov) måling av Hubble-konstanten fra den ene og eneste observerte nøytronstjernefusjonen.
Men det burde ikke være det siste dødsskriket av nøytronstjerner vi hører. I løpet av de kommende årene forventer vi (håper?) Å fange flere titalls. Og med hver kollisjon kan vi finne en pålitelig avstand til den brennende hendelsen og måle universets ekspansjonshistorie siden deres nøytronidøm, og gir et helt annet spor for å avsløre verdien av Hubbles konstant.
Kosmologer ved University of Chicago spådde at innen fem år vil teknikken til standard sirener gi målinger konkurrerende med eksisterende metoder. Men når det gjelder den store kosmologiske debatten i det 21. århundre, gjenstår spørsmålet: vil standard sirener være den avgjørende faktoren, eller bare utdype mysteriet?
Les mer: “En 2 prosent Hubble-konstant måling fra standard sirener innen 5 år”
