Физики предложили измерять расширение Вселенной по гравитационным волнам
Физики предложили очередной новый способ измерять постоянную Хаббла — параметр, который показывает, с какой скоростью сегодня расширяется Вселенная. Метод основан на анализе гравитационных волн и может помочь разобраться с одной из главных проблем современной космологии — так называемым «напряжением Хаббла». Работа принята к публикации в Physical Review Letters.
Сейчас значение постоянной Хаббла получают двумя основными способами. Первый использует «близкую» Вселенную: расстояния до сверхновых и скорость их удаления. Второй — «раннюю» Вселенную: свойства реликтового излучения. Оба метода надежны сами по себе, но дают разные числа. Разница небольшая, однако для космологии она принципиальна: либо в измерениях есть систематическая ошибка, либо мы чего-то не понимаем в физике ранней Вселенной.
Команда из Иллинойского и Чикагского университетов предложила независимый подход. Он опирается на гравитационные волны — рябь пространства-времени, возникающую при слияниях черных дыр. Такие события уже регистрируют детекторы сети LIGO–Virgo–KAGRA.
Раньше гравитационные волны уже применяли для измерений: по форме сигнала можно сразу оценить расстояние до места слияния черных дыр. Но нужна и вторая величина — насколько быстро эта область удаляется из-за расширения Вселенной. Ее обычно определяют, находя галактику, где произошло событие, или связанный световой всплеск, а это получается далеко не всегда.
Ученые предложили новый способ измерения расширения Вселенной
Новый метод использует не отдельные события, а общий фон гравитационных волн. Во Вселенной постоянно происходят тысячи слияний черных дыр, и большинство слишком слабые, чтобы мы их могли различить по отдельности. Однако вместе они создают слабый непрерывный шум. Его свойства зависят от того, каков объем наблюдаемой Вселенной — а значит, от значения постоянной Хаббла.
Если Вселенная расширяется медленнее, область, в которой происходят слияния, меньше, и суммарный сигнал должен быть сильнее. Его пока не обнаружили, и это уже значит, что слишком низкие значения скорости расширения можно отбросить. Ученые назвали этот подход «стохастической сиреной».
Проверка на существующих данных LIGO–Virgo–KAGRA показала, что метод действительно дает ограничения на постоянную Хаббла и совместим с другими гравитационно-волновыми измерениями. По мере роста чувствительности детекторов точность будет увеличиваться. Ожидается, что сам гравитационно-волновой фон удастся зарегистрировать в ближайшие несколько лет.
Если «стохастическая сирена» подтвердит одно из существующих значений, напряжение Хаббла ослабнет. Если нет — придется пересматривать саму космологическую модель: например, свойства темной энергии, взаимодействия темной материи или поведение ранней Вселенной.
В этом материале рассказываем о результатах проекта Dark Energy Survey, который приблизил ученых к пониманию природы темной энергии.
Источник обложки: NASA
Самое популярное
