Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne

O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de Institutul Galic de Fizică a Energiei Superioare (IGFAE) și Centrul ARC pentru prezentarea undelor de excelență ale undelor gravitaționale (OzGrav), au propus o metodă simplă și inovatoare. precizie Până la 2% din măsurătorile constante ale lui Hubble, utilizând o singură observație a unei perechi de stele de neutroni care coincid.

Universul se extinde constant. Acesta este motivul pentru care obiectele îndepărtate precum galaxiile se îndepărtează de noi. De fapt, cu cât sunt mai departe, cu atât se mișcă mai repede. Oamenii de știință descriu această expansiune printr-un număr faimos cunoscut sub numele de constantă Hubble, care ne spune cât de repede se îndepărtează de la distanță obiectele pe care le avem în Univers. Măsurând cu exactitate constanta Hubble, putem determina, de asemenea, cele mai fundamentale proprietăți ale Universului, inclusiv vârsta acestuia.

De-a lungul deceniilor, oamenii de știință au măsurat constanta Hubble cu o precizie mai mare, colectând semnale electromagnetice emise în tot Universul, dar obținând un rezultat provocator: cele mai bune două măsurători actuale dau rezultate inadecvate. Din 2015, oamenii de știință au încercat să facă față acestei provocări valuri gravitationale: unde în țesătura spațiu-timp care călătoresc cu viteza luminii. Undele gravitaționale sunt create în cele mai violente evenimente cosmice și oferă un nou canal de informații despre Univers. Două stele de neutroni se ciocnesc (miezuri dense de stele căzute), iar oamenii de știință pot contribui la adâncirea în misterul continuu al lui Hubble.

Spre deosebire de găurile negre, stelele de neutroni care fuzionează produc unde gravitaționale și electromagnetice, cum ar fi razele X, undele radio și lumina vizibilă. În timp ce undele gravitaționale pot măsura distanța dintre fuziunea stelelor de neutroni și Pământ, undele electromagnetice pot măsura cât de departe se află întreaga lor galaxie de Pământ. Aceasta creează o nouă modalitate de a măsura constanta Hubble. Cu toate acestea, chiar și cu ajutorul undelor gravitaționale, este dificil să se măsoare distanța de la fuziunile stelelor de neutroni – motiv pentru care măsurătorile bazate pe undele gravitaționale actuale ale constantei Hubble sunt incerte 16%, mult mai mari decât alte măsurători. tehnici tradiționale.

Într-un articol recent publicat în prestigioasa revistă The Astrophysical Journal Letters, Centrul de Excelență ARC Wave Discovery (OzGrav) și fostul profesor Juan Calderón Bustillo de la Universitatea Monash (în prezent La Caixa Junior Leader și Marie Curie Fellow, o echipă de oameni de știință de la Institutul Galic de Fizică a Înaltelor Energii de la Universitatea din Santiago de Compostela) , metode simple și a propus o revizuire pentru a reduce precizia acestor măsurători la 2%, folosind o singură observație comparabilă cu stelele de neutroni unite.

Potrivit profesorului Calderón Bustillo, este dificil de interpretat amploarea acestor unificări, deoarece „astăzi nu putem spune dacă binarul este foarte departe și orientat spre Pământ, sau mult mai aproape, dacă Pământul se află în planul său orbital. „Pentru a decide între aceste două scenarii, grupul a propus să studieze componentele secundare mult mai slabe ale semnalelor de undă gravitațională emise de fuziunile stelelor de neutroni, cunoscute sub numele de moduri superioare.

„La fel cum orchestra cântă instrumente diferite, fuziunile stelelor de neutroni emit unde gravitaționale în moduri diferite”, explică profesorul Calderón Bustillo. „Când stelele de neutroni care fuzionează sunt în fața dvs., veți auzi doar instrumentul cel mai înalt. Cu toate acestea, dacă sunteți aproape de planul orbital al fuziunii, ar trebui să le auziți și pe cele secundare. Acest lucru ne permite să determinăm mai bine înclinația de stele de neutroni și măsurarea mai bună a distanței. “

Cu toate acestea, metoda nu este complet nouă: „Știm că funcționează foarte bine gaură neagră adăugiri, deoarece detectoarele noastre actuale pot înregistra o instanță bruscă atunci când modurile superioare sunt cele mai proeminente. Dar, în cazul stelelor de neutroni, tonul semnalului de unificare este atât de mare, încât detectorii noștri nu îl pot înregistra. Nu putem înregistra decât primele orbite ”, spune profesorul Calderón Bustillo.

Viitoarele detectoare de unde gravitaționale, precum proiectele australiene propuse de NEMO, vor putea intra în faza de unificare efectivă a stelelor de neutroni. „Când două stele de neutroni se reunesc, fizica nucleară care dirijează materia lor poate produce semnale foarte bogate care, dacă sunt detectate, ne vor permite să știm unde stă Pământul în raport cu planul orbital al fuziunii”, spune autorul OzGrav. Cercetător șef Dr. Paul Lasky, de la Universitatea Monash. Dr. Lasky este, de asemenea, unul dintre liderii proiectului NEMO. „Un detector precum NEMO poate detecta aceste semnale bogate”, a adăugat el.

În cadrul studiului, echipa a efectuat simulări pe computer ale fuziunilor de stele neutronice care ar putea dezvălui impactul fizicii stelelor nucleare asupra undelor gravitaționale. După analiza acestor simulări, grupul a stabilit că un detector precum NEMO ar putea măsura constanta Hubble cu o precizie de 2%.

Cercetătorul Tim Dietrich de la Universitatea din Potsdam spune: „Am văzut că detaliile care descriu modul în care se comportă neutronii în interiorul unei stele produc semnături subtile în unde gravitaționale, care pot ajuta la determinarea vitezei de propagare în univers. În cea mai mare cosmologie posibilă”.

Samson Lung, student absolvent la Universitatea din China din Hong Kong și autor al studiului, a declarat: „Unul dintre cele mai interesante lucruri despre rezultatul nostru este că am realizat o îmbunătățire deosebită în scenariul conservator. Deși NEMO va fi sensibil la fuziunea stelelor de neutroni, detectoarele vor fi și mai sensibile, așa că ne vor permite să măsurăm expansiunea Universului cu o precizie și mai bună! ”

Una dintre cele mai notabile concluzii ale acestui studiu este că poate determina dacă universul se extinde uniform în spațiu, conform ipotezei actuale. „Metodele anterioare pentru atingerea acestui nivel de precizie se bazează pe combinarea multor observații, presupunând că constanta Hubble este aceeași în toate direcțiile și de-a lungul istoriei Universului”, spune Calderón Bustillo. „În cazul nostru, fiecare eveniment individual ar oferi o estimare foarte exactă a„ constantei sale Hubble ”, care este de a testa dacă este de fapt o constantă sau dacă se schimbă în spațiu și timp.”

Referință: Juan Calderón Bustillo, Samson HW Leong, Tim Dietrich și Paul D. Lasky, 30 aprilie 2021, „Extinderea universului: măsurători la nivel procentual ale constantei Hubble cu o singură detectare a cuplării stelelor de neutroni”. The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abf502

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.