O explozie de supernova și fluctuațiile spațiu-timp generate de fuziunea a două stele de neutroni au ajutat oamenii de știință să măsoare cu exactitate rata de expansiune a universului. Măsurătorile viitoare de acest fel vor ajuta la rezolvarea principalului paradox al cosmologiei, spun oamenii de știință în revista Nature Astronomy.
În 1929, celebrul astronom Edwin Hubble a dovedit că Universul nostru nu stă nemișcat, ci se extinde treptat. La sfârșitul secolului trecut, astrofizicienii au descoperit, observând supernovele de tip I, că se extinde nu cu o viteză constantă, ci cu accelerație. Motivul pentru asta astăzi este considerat a fi „energia întunecată” - o substanță misterioasă care face ca spațiul-timp să se întindă din ce în ce mai repede.
În iunie 2016, laureatul Nobel Adam Riess și colegii săi care au descoperit acest fenomen au calculat rata exactă de extindere a universului astăzi folosind stele ceheid variabile în Calea Lactee și în galaxiile învecinate, distanța până la care poate fi calculată cu o precizie ultra-înaltă.
Acest rafinament a dat un rezultat extrem de neașteptat - s-a dovedit că două galaxii, despărțite de o distanță de aproximativ 3 milioane de ani lumină, se împrăștie cu o viteză de aproximativ 73 de kilometri pe secundă. În acest an, au publicat rezultate actualizate ale observațiilor, în care această valoare a devenit și mai mare - 74 de kilometri pe secundă.
Noile măsurători efectuate de Riesz și colegii săi s-au dovedit a fi cu aproape 10% mai mari decât datele obținute folosind telescoapele orbitante WMAP și Planck - 69 kilometri pe secundă și nu pot fi explicate folosind ideile noastre actuale despre natura energiei întunecate și mecanismul nașterii Universului.
Aceste discrepanțe i-au determinat pe cosmologi să se gândească la două moduri posibile de a explica această anomalie. Pe de o parte, este foarte posibil ca măsurătorile de la Planck sau Riesz și colegii săi să fie eronate sau incomplete. Pe de altă parte, este destul de admisibil faptul că o a treia substanță „întunecată”, diferită de materia întunecată și de energie, ar putea exista în Universul timpuriu, precum și faptul că acesta din urmă ar putea fi instabil și treptat să se descompună.
Kenta Hotokezaka de la Universitatea Princeton (SUA) și colegii săi au făcut această problemă și mai acută și controversată, făcând primele măsurători relativ exacte ale vitezei de expansiune a Universului folosind observatorul gravitațional LIGO și o serie de telescoape optice „convenționale”.
Primele măsurători de acest fel, potrivit astrofizicianului, au fost efectuate de oamenii de știință la sfârșitul anului 2017, când LIGO a înregistrat o explozie generată de fuziunea a două stele neutronice, iar sute de telescoape bazate pe sol și spațiu au reușit să-și localizeze sursa în galaxia NGC 4993 din constelația Hydra.
Video promotional:
Primele măsurători LIGO au fost apropiate de datele obținute de echipa lui Riesz, care mulți oameni de știință au considerat dovezi suplimentare că rata de expansiune a universului s-ar putea modifica semnificativ. Hotokezaka și colegii săi au descoperit că acest lucru nu este neapărat cazul urmărind nu numai undele gravitaționale, ci și flash-ul luminii și eliberarea de materie generată de acest cataclism.
În aceste observații, oamenii de știință au fost ajutați de faptul că acest flux de plasmă incandescentă, un jet în limbajul fizicienilor, a fost direcționat nu direct pe Pământ, ci oarecum departe de ea. Datorită acestui lucru, pare observatorilor de pe planeta noastră că se mișcă de aproximativ patru ori mai repede decât viteza luminii, „încălcând” teoria relativității, precum o rază de soare sau o umbră.
Această proprietate a emisiilor, însoțită de măsurători ale „grosimii” jetului la punctul său de pornire, face posibilă determinarea foarte precisă a direcției în care a fost direcționat în raport cu Pământul și măsurarea vitezei sale. Toate aceste date, la rândul nostru, ne permit să specificăm distanța până la sursa de unde gravitaționale și să calculăm mai exact cât de mult „s-au întins” în timpul călătoriei de la galaxia NGC 4993 la Pământ.
Astfel de rafinamente, după cum observă Hotokezaka, au adus o mare surpriză - valoarea constantei Hubble a devenit mai aproape nu de măsurătorile lui Riesz și ale colegilor săi, ci de rezultatele lui Planck și ale altor telescoape care observă ecoul cu microunde al Big Bang-ului.
Pe de o parte, acest lucru poate însemna într-adevăr că laureatul Nobel și colegii săi greșesc, dar, pe de altă parte, precizia măsurătorilor „gravitaționale” este în continuare vizibil mai mică - este cu aproximativ 7% decât cea a celor și a altor participanți. din această dispută universală (mai puțin de 2%). Rezultatele actuale, subliniază omul de știință, corespund ambelor teorii, însă situația se va schimba în viitorul foarte apropiat.
Conform estimărilor actuale ale echipelor științifice ale LIGO și ale „vărului” său italian ViRGO, ambele observatorii gravitaționale ar trebui să găsească aproximativ zece astfel de evenimente pe an. În consecință, în următorii 2-3 ani, putem spera că observațiile privind fuziunile stelelor de neutroni ne vor ajuta să aflăm fără echivoc dacă există o „nouă fizică” în extinderea Universului sau nu, concluzionează autorii articolului.
