Художник запечатлел взрыв и всплеск гравитационных волн при столкновении пары сверхплотных нейтронных звезд. Новые наблюдения с помощью радиотелескопов показывают, что такие события можно использовать для измерения скорости расширения Вселенной. Кредит: NRAO / AUI / NSF
Как быстро расширяется Вселенная? Точно не знаем.
Астрономы изучают космическое расширение, измеряя постоянную Хаббла. Они измерили эту константу несколькими способами, но некоторые из их результатов не согласуются друг с другом. Это несогласие, или напряжение, постоянная Хаббла вызывает растущие споры в астрономии. Но новые наблюдения сталкивающихся нейтронных звезд могут дать решение.
Присоединяйтесь к нашему ведущему Мелиссе Хоффман из Национальной радиоастрономической обсерватории, которая объясняет, как астрономы используют радиоастрономию и гравитационные волны чтобы ответить на эту космическую тайну.
Астрономы, использующие радиотелескопы Национального научного фонда (NSF), продемонстрировали, как сочетание гравитационно-волновых и радионаблюдений, наряду с теоретическим моделированием, может превратить слияния пар нейтронных звезд в «космическую линейку», способную измерять расширение звезд. Вселенная и решение нерешенного вопроса о ее скорости.
Астрономы использовали массив очень длинных базовых линий NSF (VLBA), очень большую решетку Карла Дж. Янски (VLA) и телескоп Роберта К. Берда Грина Бэнк (GBT) для изучения последствий столкновения двух нейтронных звезд, вызвавших гравитационное воздействие. волны, обнаруженные в 2017 году. Это событие предложило новый способ измерения скорости расширения Вселенной, известный ученым как постоянная Хаббла. Скорость расширения Вселенной может использоваться для определения ее размера и возраста, а также служить важным инструментом для интерпретации наблюдений за объектами в других частях Вселенной.
Радионаблюдения за струей вещества, выброшенной после слияния нейтронной звезды, позволили астрономам определить ориентацию орбитальной плоскости звезд до их слияния и, таким образом, «яркость» гравитационных волн, излучаемых в направление Земли. Это может сделать такие события важным новым инструментом для измерения скорости расширения Вселенной. Предоставлено: София Дагнелло, NRAO / AUI / NSF.
Два ведущих метода определения постоянной Хаббла используют характеристики космического микроволнового фона, оставшегося излучения от Большой взрыв, или особый тип взрывов сверхновых, названный Типом Ia, в далекой Вселенной. Однако эти два метода дают разные результаты.
«В нейтронная звезда слияние дает нам новый способ измерения постоянной Хаббла и, надеюсь, решения проблемы », – сказал Кунал Мули из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Калифорнийского технологического института.
Техника аналогична использованию взрывов сверхновых. Считается, что все взрывы сверхновых звезд типа Ia обладают собственной яркостью, которую можно рассчитать на основе скорости, с которой они становятся ярче, а затем исчезают. Измерение яркости с Земли позволяет определить расстояние до взрыва сверхновой. Измерение доплеровского сдвига света от родительской галактики сверхновой указывает на скорость, с которой галактика удаляется от Земли. Деление скорости на расстояние дает постоянную Хаббла. Чтобы получить точную цифру, нужно проводить много таких измерений на разных расстояниях.
Когда две массивные нейтронные звезды сталкиваются, они производят взрыв и выброс гравитационных волн. Форма сигнала гравитационных волн показывает ученым, насколько «ярким» был этот выброс гравитационных волн. Измерение «яркости» или интенсивности гравитационных волн, полученных на Земле, может определить расстояние.
«Это полностью независимое средство измерения, которое, как мы надеемся, может прояснить истинное значение постоянной Хаббла», – сказал Мули.
Однако есть одна особенность. Интенсивность гравитационных волн зависит от их ориентации по отношению к плоскости орбиты двух нейтронных звезд. Гравитационные волны сильнее в направлении, перпендикулярном плоскости орбиты, и слабее, если плоскость орбиты обращена ребром, если смотреть с Земли.
«Чтобы использовать гравитационные волны для измерения расстояния, нам нужно было знать эту ориентацию», – сказал Адам Деллер из Технологического университета Суинберна в Австралии.
В течение нескольких месяцев астрономы использовали радиотелескопы для измерения движения сверхбыстрой струи материала, выброшенной в результате взрыва. «Мы использовали эти измерения вместе с подробным гидродинамическим моделированием для определения угла ориентации, что позволило использовать гравитационные волны для определения расстояния», – сказал Эхуд Накар из Тель-Авивского университета.
По словам ученых, этого единственного измерения события на расстоянии около 130 миллионов световых лет от Земли еще недостаточно, чтобы разрешить неопределенность, но теперь этот метод можно применить к будущим слияниям нейтронных звезд, обнаруженным с помощью гравитационных волн.
«Мы думаем, что еще 15 таких событий, которые можно наблюдать как с помощью гравитационных волн, так и более подробно с помощью радиотелескопов, могут решить эту проблему», – сказал Кента Хотокезака из Университет Принстон. «Это будет важным шагом вперед в нашем понимании одного из самых важных аспектов Вселенной», – добавил он.
Международная научная группа под руководством Хотокезака сообщает о своих результатах в журнале. Природа Астрономия.
Источник: «Измерение постоянной Хаббла по сверхсветовому движению джета в GW170817» К. Хотокезака, Э. Накар, О. Готтлиб, С. Ниссанке, К. Масуда, Г. Халлинан, К. П. Мули и А. Т. Деллер, 8 июля 2019 г. , Природа Астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1
Национальная радиоастрономическая обсерватория – это объект Национального научного фонда, управляемый в соответствии с соглашением о сотрудничестве Associated Universities, Inc.
