Neutronitähdet huutavat aika-avaruusaaltoina kuollessaan, ja tähtitieteilijät ovat hahmotelleet suunnitelman painovoiman tuskansa avulla jäljittää maailmankaikkeuden historiaa. Liity kanssamme tutkimaan kuinka muuttaa heidän tuskansa kosmologiseksi hyödyksi.
Standardit ja käytännöt
Kosmologit ovat pakkomielle standardeista. Syy tähän pakkomielle on heidän työllisissä yrityksissään mitata äärimmäisiä etäisyyksiä universumissamme. Katso satunnaista tähteä tai galaksia. Kuinka kaukana se on? Onko se lähempänä vai kauempana kuin sen vieressä oleva tähti tai galaksi? Entä jos toinen on kirkkaampi tai himmeämpi kuin toinen?
Tämä on melko toivoton tilanne, ellei kosmos ole hajallaan tavallisia asioita – esineitä, joilla on tunnetut ominaisuudet. Kuvittele, jos 100 watin hehkulamput tai metrisauvat olisivat täynnä maailmankaikkeutta. Jos näkisimme ne hehkulamput tai mittarit, voisimme vertaillaMitenhe katsovat meihin täällä maan päällä mitä metietääne näyttävät läheltä ja henkilökohtaiselta. Jos näemme maailmankaikkeudessa hehkulampun ja tiedämme, että sen oletetaan olevan sama kirkkaus kuin tavallisen 100 watin hehkulampun, voimme tehdä trigonometriaa lyödäksemme etäisyyttä kyseiseen lamppuun. Sama koskee kepiä: jos näemme satunnaisen kepin kelluvan ympäriinsä ja tiedämme, että sen oletetaan olevan tasan yksi metri pitkä, voimme verrata sen pituutta näkökentässämme ja laskea etäisyyden siihen.
Tietysti hehkulamput ja mittarisauvat tekisivät surkeita kosmologisia antureita, koska ne ovat himmeitä ja pieniä. Vakavaan työhön tarvitsemme valoisia asioita, suuria asioita ja yhteisiä asioita. Ja näitä standardeja on universumissa hyvin vähän: Tyypin 1a supernova toimii “tavalliset kynttilät” ja baryon akustiset värähtelyt (varhaisesta universumista jääneiden galaksien jakautumiseen leimattu jäännös ja toisen artikkelin aihe) voi toimia 'tavallisena hallitsijana'.
Mutta tarvitsemme muutakin kuin kynttilöitä ja tikkuja saadaksemme meidät pois nykyisestä kosmologisesta ongelmasta, jossa olemme.
Vuosisadan taistelu
Elämme laajenevassa universumissa. Joka päivä galaksit etääntyvät toisistaan (keskimäärin; 'pienimuotoisia' törmäyksiä ja ryhmittymiä voi silti tapahtua). Ja universumimme laajenemisnopeus on muuttunut viimeisten 13,8 miljardin vuoden aikana kosmisen historian aikana. Universumi koostuu joukosta erilaisia hahmoja: säteilyä, tähtiä, kaasua, outoja asioita, kuten neutriinoja, oudompia asioita, kuten pimeä aine, ja oudoimmista asioista, kuten pimeä energia. Kun jokainen näistä komponenteista kytkeytyy päälle, sammuu, alkaa hallita tai lakkaa hallitsemasta, universumin laajenemisnopeus vuorostaan muuttuu.
Vanhoina hyvinä aikoina aine oli ennen maailmankaikkeuden pomo. Joten kun maailmankaikkeus laajeni, tämä laajeneminen hidastui kaiken aineen jatkuvasta gravitaatiosta. Mutta sitten aineesta tuli liian laaja, liian ohut ja liian heikko hallitakseen kosmosta.
Noin viisi miljardia vuotta sitten pimeä energia otti hallinnan, käänsi universumin laajenemisen hidastuneen päinvastaiseksi ja työnsi terälehden metalliin, jolloin universumin laajeneminen ei vain jatku, vaan kiihtyi. Pimeä energia - mikä se sitten onkaan – jatkaa synkkää maailmankaikkeuden valta-asemaansa nykypäivään.
On erittäin tärkeää mitata maailmankaikkeuden laajenemisnopeuttajuuri nyt– Koska laajenemisnopeus on sidottu maailmankaikkeuden sisältöön, laajenemisnopeuden mittaaminen kertoo meille, ketkä ovat tärkeimmät kosmologiset toimijat ja heidän suhteellisen merkityksensä. Voimme mitata tämän päivän laajenemisnopeutta, joka tunnetaan nimellä Hubble-vakio, monella tapaa, kuten kepeillä ja kynttilöillä.
Ja tässä piilee yllättävä jännitys. Hubble-vakion mittaukset läheisestä universumista käyttämällä esimerkiksi supernovaa antavat tietyn arvon. Mutta varhaisen universumin mittaukset, joissa käytetään kosmista mikroaaltouunitaustaa, johtavat myös tämän päivän Hubble-vakion rajoituksiin, eivätkä nämä mittaukset ole aivan samaa mieltä keskenään.
Huutavat tähdet
Tahmea ongelma: kaksi riippumatonta menetelmää saman luvun mittaamiseksi johtavat erilaisiin tuloksiin . Se voi olla merkki upouudesta fysiikasta tai vain huonosti ymmärretyistä havainnoista. Mutta olipa asia mikä tahansa, vaikka jotkut kosmologit pitävät tätä tilannetta haasteena, toiset katsovat sitä mahdollisuutena. Tarvitsemme lisää mittauksia ja erityisesti sellaisia, jotka ovat täysin riippumattomia olemassa olevista. Meillä on vakioviivoittimet ja vakiokynttilät, joten entäs… tavalliset sireenit.
Miksipä ei.
Kahden neutronitähden törmäyksen viimeisistä hetkistä räjähtävät kakofoniset gravitaatioaallot kantavat mehukasta kosmologista tietoa. Koska ymmärrämme niiden fysiikkaa erittäin hyvin, voimme tutkia gravitaatioaaltojen erittäin tarkkaa rakennetta tietääksemme kuinka kovaa (painovoimassa, ei äänessä, mutta sinun täytyy vain rullata metaforan kanssa) ne huusivat törmäyksessään. . Sitten voimme verrata sitä siihen, kuinka kovaa ne kuulostaa täällä maan päällä, ja voila: etäisyys.
Taiteilijan kuva kahdesta sulautuvasta neutronitähdestä. Kapeat säteet edustavat gammapursketta, kun taas aaltoileva aika-avaruusverkko osoittaa isotrooppisia gravitaatioaaltoja, jotka ovat ominaisia sulautumiseen. Luotto: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
Tämä tekniikka on jo tuottanut (suhteellisen karkean) Hubble-vakion mittauksen yksi ja ainoa havaittu neutronitähtien sulautuminen .
Mutta sen ei pitäisi olla viimeinen kuulemamme neutronitähden kuolemanhuuto. Tulevina vuosina odotamme (toivomme?) saavamme kymmeniä lisää. Ja jokaisella törmäyksellä voimme määrittää luotettavan etäisyyden tuliseen tapahtumaan ja mitata universumin laajenemishistoriaa niiden neutronian tuhosta lähtien, mikä tarjoaa täysin erilaisen jäljen Hubblen vakion arvon paljastamiseen.
Chicagon yliopiston kosmologit ennustivat, että viiden vuoden kuluessa standardisireenitekniikka tarjoaa mittauksia, jotka ovat kilpailukykyisiä olemassa olevien menetelmien kanssa. Mutta kun kyse on 2000-luvun suuresta kosmologisesta keskustelusta, kysymys jää: ovatko standardisireenit ratkaiseva tekijä vai vain syventää mysteeriä?
Lue lisää: '2 prosentin Hubblen vakiomittaus tavallisista sireeneista 5 vuoden sisällä'