Keď zomrú, neutronové hviezdy kričia vo vlnách časopriestoru a astronómovia načrtli plán na použitie svojej gravitačnej agónie na vysledovanie histórie vesmíru. Pripojte sa k nám, keď skúmame, ako premeniť ich bolesť na náš kozmologický zisk.
Kozmológovia sú posadnutí normami. Dôvod tejto posadnutosti spočíva v ich namáhavých pokusoch zmerať extrémne vzdialenosti v našom vesmíre. Pozrite sa na náhodnú hviezdu alebo galaxiu. Ako ďaleko je to? Je to bližšie alebo ďalej ako hviezda alebo galaxia vedľa nej? Čo keď je jeden jasnejší alebo slabší ako druhý?
Toto je celkom beznádejná situácia, pokiaľ nie je vesmír rozptýlený štandardnými vecami - objektmi so známymi vlastnosťami. Predstavte si, že 100 W žiarovky alebo metre palice posypali vesmír. Keby sme videli tie žiarovky alebo meradlá, mohli by sme to porovnať akopozerajú na nás tu na Zemi, na to, čo myvedieť vyzerajú zblízka a osobne. Ak vidíme žiarovku vo vesmíre a vieme, že má ísť o rovnaký jas ako štandardná 100-wattová žiarovka, môžeme urobiť nejakú trigonometriu, aby sme vyrazili vzdialenosť k tejto žiarovke. To isté platí pre palicu: ak vidíme, ako sa vznáša náhodná palica a vieme, že má mať presne jeden meter, môžeme porovnávať jej dĺžku v našom zornom poli a vymerať jej vzdialenosť.
Žiarovky a meradlá sa samozrejme hodia pre mizerné kozmologické sondy, pretože sú slabé a malé. Na serióznu prácu potrebujeme jasné veci, veľké veci a spoločné veci. A vo vesmíre existuje len veľmi málo z týchto štandardov: Supernova typu 1a slúži ako „štandardné sviečky“ a akustické oscilácie baryónov (zvyšok zapečený do distribúcie galaxií, ktoré zostali zo skorého vesmíru a sú predmetom iného článku), môžu slúžiť ako „štandardné pravítko“.
Ale budeme potrebovať viac ako sviečky a paličky, aby nás dostali zo súčasného kozmologického hádanky, v ktorej sa nachádzame.
Žijeme v rozširujúcom sa vesmíre. Každý deň sa galaxie dostávajú ďalej od seba (v priemere stále môžu existovať kolízie a zoskupenia v malom meradle). A miera expanzie nášho vesmíru sa za posledných 13,8 miliárd rokov kozmickej histórie zmenila. Vesmír je tvorený kopou rôznych postáv: žiarenie, hviezdy, plyn, divné veci ako neutrína, divnejšie veci ako temná hmota a najpodivnejšie veci ako temná energia. Keď sa každá z týchto zložiek zapne, vypne, začne dominovať alebo prestane dominovať, rýchlosť rozpínania vesmíru sa zase posúva.
Cesta späť za starých dobrých čias bola hmota šéfom vesmíru. Tak ako sa vesmír rozširoval, táto expanzia sa spomalila z neustáleho gravitačného ťahania všetkého, na čom záleží. Potom sa však záležitosť príliš rozšírila, príliš riedka a príliš slabá na ovládanie vesmíru.
Asi pred piatimi miliardami rokov sa temná energia zmocnila, zvrátila mierne spomalenie expanzie vesmíru a tlačila okvetné lístky na kov, čo spôsobilo, že expanzia vesmíru nielenže pokračovala, ale aj sa zrýchľovala. Temná energia - nech je to čokoľvek - pokračuje vo svojej zlovestnej dominancii vo vesmíre až do súčasnosti.
Je veľmi dôležité zmerať mieru expanzie vesmírupráve teraz - keďže miera expanzie je viazaná na obsah vesmíru, meranie rýchlosti expanzie nám dnes hovorí, kto sú hlavní kozmologickí hráči a aký je ich relatívny význam. Dnešnú mieru expanzie, ktorá sa nazýva Hubbleova konštanta, môžeme merať mnohými spôsobmi, napríklad pomocou tyčiniek a sviečok.
A tu leží prekvapujúce napätie. Merania Hubbleovej konštanty z blízkeho vesmíru pomocou vecí, ako je supernova, dávajú jednu konkrétnu hodnotu. Ale merania raného vesmíru pomocou kozmického mikrovlnného pozadia tiež vedú k obmedzeniam dnešnej Hubbleovej konštanty a tieto merania sa celkom nezhodujú.
Lepivý problém: dve nezávislé metódy merania toho istého počtu vedú k rôznym výsledkom. Mohlo by to byť znakom úplne novej fyziky alebo iba zle pochopených pozorovaní. Ale bez ohľadu na to, hoci niektorí kozmológovia považujú túto situáciu za výzvu, iní ju vnímajú ako príležitosť. Potrebujeme viac meraní, najmä tých, ktoré sú úplne nezávislé od existujúcich. Máme štandardné pravítka a štandardné sviečky, čo tak ... štandardné sirény.
Iste, prečo nie.
Kofonické gravitačné vlny, ktoré vytryskávajú z posledných okamihov zrážok dvoch neutrónových hviezd, nesú šťavnaté kozmologické informácie. Pretože ich fyzike veľmi dobre rozumieme, môžeme študovať veľmi presnú štruktúru gravitačných vĺn, aby sme vedeli, ako nahlas (v gravitácii, nie vo zvuku, ale budete sa musieť len hádzať s metaforou), kričali, keď sa zrazili , Potom to môžeme porovnať s tým, ako hlasno znejú tu na Zemi, a voila: vzdialenosť.
Táto technika už priniesla (relatívne hrubé) meranie Hubbleovej konštanty z jediného pozorovaného zlúčenia neutrónových hviezd.
To by však nemal byť posledný výkrik neutrónovej hviezdy, ktorý počujeme. V nasledujúcich rokoch očakávame (dúfam?), Že chytíme desiatky ďalších. A pri každej zrážke dokážeme určiť spoľahlivú vzdialenosť od ohnivej udalosti a zmerať históriu expanzie vesmíru od ich zániku neutrónie, čím poskytujeme úplne inú stopu na odhalenie hodnoty Hubbleovej konštanty.
Kozmológovia na University of Chicago predpovedali, že do piatich rokov technika štandardných sirén poskytne merania konkurencieschopné s existujúcimi metódami. Pokiaľ však ide o veľkú kozmologickú debatu 21. storočia, zostáva otázkou: Budú rozhodujúce faktory štandardné sirény alebo iba prehĺbia tajomstvo?
Čítať ďalej: „Meranie konštantných 2-percentných Hubbleovho merania zo štandardných sirén do 5 rokov“
