Астрономы используют радиотелескоп Национального научного
фонда для решения задачи о скорости расширения Вселенной. Сочетание
гравитационно – волнового и радионаблюдения с теоретическим моделированием сможет
преобразовать объединение пары нейтронных звезд в инструмент, измеряющий
расширение Вселенной.
Для изучения последствий столкновения двух нейтронных звезд, вызвавших гравитационные волны, обнаруженные в 2017 году, астрономы использовали разработанную NSF Very Long Baseline Array (VLBA), Very Large Array (VLA) и Green Bank Telescope (GBT). Это событие дало новый способ измерения темпов роста Вселенной, известный ученым как «Хаббл Констант» или постоянная Хаббла. Темпы расширения Вселенной можно использовать для определения ее размеров и возраста, а также в качестве важного инструмента для интерпретации наблюдений за объектами, находящимися в других частях Вселенной.
Эти два основных способа измерения берут за основу микроволновой фон, остаточное излучение Большого взрыва или взрыва сверхновой, называемого типом Ia. Однако эти два метода дают разные результаты.
«Слияние нейтронных звезд дает нам новый способ
измерения Хаббл Констант и, надеемся, поможет решить проблему», — сказал
Кунал Мули из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Caltech.
Техника измерения похожа на ту, что используют для изучения взрыва сверхновой. Взрывы типа Ia сверхновой имеют внутреннюю яркость, которую можно рассчитать на основе скорости, с которой они бледнеют, а затем исчезают. Измерение яркости в том виде, в каком она видна с Земли, позволяет определить расстояние до взрыва сверхновой. Измерение доплеровского сдвига света из главной галактики сверхновой указывает на скорость, с которой галактика отступает от Земли. Скорость поделенная на расстояние дает постоянную Хаббла. Для получения точной цифры такие измерения должны производиться на разных расстояниях.
При столкновении двух массивных нейтронных звезд происходит
взрыв и всплеск гравитационных волн. Форма гравитационно-волнового сигнала
говорит ученым о том, насколько «ярким» был этот взрыв. Измерение
«яркости» или интенсивности гравитационных волн в том виде, в каком
они получены на Земле, может показать расстояние.
Радионаблюдения за струей материала, выброшенной после
слияния нейтронных звезд, сыграли ключевую роль в определении ориентации
орбитальной плоскости звезд до их слияния и, следовательно, «яркости»
гравитационных волн, излучаемых в направлении Земли. Это может сделать такие
события важным новым инструментом для измерения темпов роста Вселенной.
Тем не менее, есть один поворот. Интенсивность
гравитационных волн меняется в зависимости от их ориентации относительно
орбитальной плоскости двух нейтронных звезд. Гравитационные волны сильнее в
направлении, перпендикулярном орбитальной плоскости, и слабее, если орбитальная
плоскость находится на краю, как видно с Земли.
«Чтобы использовать гравитационные волны для измерения
расстояния, нам нужно было знать эту ориентацию, — сказал Адам Деллер из
Технологического университета Свинбурна в Австралии.
В течение нескольких месяцев астрономы использовали
радиотелескопы для измерения перемещения сверхскоростной струи материала,
выброшенной во время 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,
происходящего в 130 миллионах световых лет от Земли, еще недостаточно для
решения проблемы неопределенности скорости расширения Вселенной, но теперь эта
технология может быть применена к будущим слияниям нейтронных звезд,
обнаруженным с помощью гравитационных волн.
«Мы считаем, что еще 15 таких событий, за которыми
можно наблюдать как с помощью гравитационных волн, так и с помощью
радиотелескопов, могут решить эту проблему», — сказал Кента Хотокэзака из
Принстонского университета. «Это было бы важным шагом вперед в нашем
понимании одного из важнейших аспектов Вселенной», — добавил он.
