На протяжении почти ста лет астрономы пытаются как можно точнее определить, с какой скоростью расширяется Вселенная. Несмотря на огромный прогресс в наблюдательной астрономии, этот вопрос остаётся одним из самых обсуждаемых в современной космологии. Различные методы измерений нередко дают слегка отличающиеся результаты, а причина этих расхождений до сих пор окончательно не установлена.
Новое исследование показывает, что помочь в решении этой проблемы могут столкновения нейтронных звёзд. Такие редкие космические события одновременно становятся источниками гравитационных волн и мощного электромагнитного излучения, что позволяет использовать их как независимый инструмент для измерения расстояний во Вселенной и оценки скорости её расширения.
Почему скорость расширения так важна
После Большого взрыва Вселенная не остаётся неизменной.
Пространство между галактиками постепенно увеличивается.
Чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется от нас.
Знание скорости этого процесса позволяет лучше понять:
- возраст Вселенной;
- её эволюцию;
- распределение материи;
- влияние тёмной энергии;
- будущее космоса.
Поэтому определение скорости расширения считается одной из фундаментальных задач современной астрономии.
Почему возникла «напряжённость Хаббла»
Сегодня существуют два основных подхода к измерению скорости расширения Вселенной.
Первый основан на изучении очень ранней Вселенной, используя данные о реликтовом излучении.
Второй использует наблюдения относительно близких галактик и различных астрономических объектов.
Проблема заключается в том, что оба метода дают немного разные значения.
Это расхождение получило название «напряжённость Хаббла».
Учёные пока не знают, связано ли оно с особенностями измерений или указывает на существование новой физики.
Что такое нейтронные звёзды
Нейтронная звезда представляет собой сверхплотный остаток массивной звезды, завершившей свою жизнь вспышкой сверхновой.
При массе, сравнимой с массой Солнца, её диаметр составляет всего несколько десятков километров.
Внутри такого объекта вещество находится в экстремальном состоянии.
Нейтронные звёзды обладают исключительно мощной гравитацией и сильными магнитными полями.
Когда две звезды сталкиваются
Иногда две нейтронные звезды образуют тесную двойную систему.
На протяжении миллионов или даже миллиардов лет они постепенно сближаются.
Причиной становится потеря энергии через излучение гравитационных волн.
В конечном итоге происходит столкновение.
Такое событие сопровождается сразу несколькими видами излучения.
Гравитационные волны открыли новую эпоху
Гравитационные волны были впервые зарегистрированы в 2015 году.
Они представляют собой колебания самого пространства-времени, возникающие при движении чрезвычайно массивных объектов.
Столкновения нейтронных звёзд относятся к числу наиболее мощных источников подобных сигналов.
Современные детекторы способны фиксировать такие события на огромных расстояниях.
Почему это помогает измерять расстояния
Особенность гравитационных волн заключается в том, что их характеристики позволяют непосредственно определить расстояние до источника.
При этом не требуется использовать традиционную «лестницу космических расстояний», основанную на многочисленных промежуточных измерениях.
Именно поэтому подобные объекты получили название «стандартных сирен».
По аналогии со «стандартными свечами», применяемыми в классической астрономии.
Нужен не только сигнал гравитационных волн
Одного обнаружения гравитационных волн недостаточно.
Чтобы определить скорость расширения Вселенной, необходимо также установить галактику, в которой произошло столкновение.
Для этого используются обычные телескопы.
После регистрации события астрономы начинают искать вспышку света, возникшую в результате слияния.
Когда источник найден, становится возможным определить скорость удаления соответствующей галактики.
Два независимых измерения
Таким образом исследователи получают сразу две величины.
Первая — расстояние, определённое по гравитационным волнам.
Вторая — скорость удаления галактики, измеренная по её спектру.
Сопоставляя эти данные, можно вычислить скорость расширения Вселенной.
Главное преимущество метода состоит в его независимости от большинства традиционных космологических моделей.
Почему одного события недостаточно
Столкновения нейтронных звёзд происходят сравнительно редко.
Кроме того, далеко не каждое удаётся наблюдать одновременно всеми необходимыми инструментами.
Поэтому каждое новое событие существенно повышает точность статистических оценок.
Чем больше подобных наблюдений накопится, тем надёжнее станут результаты.
Будущие детекторы значительно расширят возможности
Сейчас количество зарегистрированных столкновений постепенно растёт.
Следующее поколение гравитационно-волновых обсерваторий будет значительно чувствительнее современных.
Это позволит обнаруживать подобные события намного чаще.
Одновременно будут совершенствоваться и наземные, и космические телескопы, способные быстро находить соответствующие вспышки света.
В результате количество пригодных для анализа событий может увеличиться во много раз.
Почему это важно для всей космологии
Если измерения с использованием нейтронных звёзд подтвердят одно из существующих значений скорости расширения, это поможет определить, какой из традиционных методов оказывается ближе к реальности.
Если же новый подход покажет иной результат, исследователи могут получить серьёзное основание пересмотреть современные представления об эволюции Вселенной.
Именно поэтому подобные наблюдения вызывают большой интерес у специалистов по всему миру.
Космос начинает измерять сам себя
Ещё совсем недавно столкновения нейтронных звёзд считались лишь редкими и чрезвычайно энергичными космическими катастрофами. Сегодня они становятся высокоточными природными инструментами, позволяющими исследовать фундаментальные свойства Вселенной.
Сочетание гравитационных волн и традиционных астрономических наблюдений открывает новое направление, которое получило название многоканальной астрономии. Оно объединяет различные способы изучения космоса и позволяет получать информацию, недоступную каждому из них по отдельности.
По мере накопления новых наблюдений подобные космические события могут сыграть ключевую роль в решении одной из самых важных загадок современной космологии — определить истинную скорость расширения Вселенной и объяснить, почему разные методы измерений пока приводят к различным результатам.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
