Астрономи розробляють новий метод для вимірювання постійної Хаббла

Постійна Хаббла вимірює поточну швидкість розширення нашого Всесвіту і відіграє фундаментальну роль у космології: вона може використовуватися для визначення розміру і віку Всесвіту, а також служити важливим інструментом для інтерпретації спостережень космічних об'єктів.

Міжнародна група астрономів використовувала комбінацію гравітаційно-хвильових і радіонапостережень події GW170817, злиття двох нейтронних зірок, виявлених у 2017 році, щоб знайти більш точне значення для постійної Хаббла.

Два провідні методи визначення постійної Хаббла використовують характеристики космічного мікрохвильового фону (CMB), залишкового випромінювання від Великого вибуху або вибухів наднових типу Ia. Однак ці два методи дають різні результати.

«Злиття нейтронних зірок дає нам новий спосіб вимірювання постійної Хаббла і, сподіваюся, вирішення проблеми», - сказав доктор Кунал Мулі, астроном з Національної радіоастрономічної обсерваторії (NRAO) і Caltech. Нова техніка схожа на використання вибухів наднових.

Вважається, що наднові типу Ia мають власну яскравість, яка може бути розрахована на основі швидкості, з якої вони висвітлюються, а потім зникають. Вимірювання яскравості, видимої з Землі, потім показує відстань до наднової.

Вимірювання доплерівського зміщення світла від галактики-господаря надновою показує швидкість, з якою галактика віддаляється від Землі. Швидкість, поділена на відстань, дає постійну Хаббла.

Щоб отримати точну цифру, багато таких вимірювань повинні бути зроблені на різних відстанях.

Коли дві масивні нейтронні зірки стикаються, вони виробляють і сплеск гравітаційних хвиль. Форма сигналу гравітаційної хвилі говорить вченим, наскільки «яскравим» був цей сплеск гравітаційних хвиль.

Вимірювання «яскравості» або інтенсивності гравітаційних хвиль, отриманих на Землі, може дати нам відстань. «Це абсолютно незалежний засіб вимірювання, який, як ми сподіваємося, може прояснити справжнє значення постійної Хаббла», - кажуть вчені.

Тим не менш, є особливість. Інтенсивність гравітаційних хвиль змінюється в залежності від їх орієнтації щодо площини орбіт двох нейтронних зірок. Гравітаційні хвилі сильніші в напрямку, перпендикулярному площині орбіти, і слабші, якщо площина орбіти знаходиться на реоч, якщо дивитися з Землі.

«Щоб використовувати гравітаційні хвилі для вимірювання відстані, нам потрібно було знати цю орієнтацію», - сказав доктор Адам Деллер, астроном з Технологічного університету Свінберна.

Протягом декількох місяців астрономи використовували радіотелескопи для вимірювання руху надшвидкого струменя матеріалу, викинутого в результаті події GW170817.

«Ми використовували ці вимірювання разом з докладним динамічним моделюванням для визначення кута орієнтації, що дозволило використовувати гравітаційні хвилі для визначення відстані».

Астрономи підрахували, що значення постійної Хаббла становить від 65,3 км до 75,6 км в секунду на мегапарсек.

«Звичайно, це єдиний вимір події, що знаходиться на відстані близько 130 мільйонів світлових років від Землі, ще недостатньо для усунення невизначеності, але тепер новий метод може бути застосований до майбутніх злиття нейтронних зірок, виявлених за допомогою гравітаційних хвиль», - кажуть вчені.