En kunstners skildring af to neutronstjerner, der smelter sammen og frigiver gravitationsbølger.
(Billede: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analyserer krusninger i rummet og tiden skabt af par af døde stjerner kan snart løse et kosmisk mysterium omkring hvor hurtigt universet ekspanderer - hvis forskere er heldige.
Det er dommen fra en ny undersøgelse, som også kan kaste lys over universets endelige skæbne, har forskerne, der arbejdede med det, sagt.
Kosmos er fortsat udvidet siden sin fødsel for omkring 13,8 milliarder år siden. Ved at måle den nuværende hastighed for universets ekspansion, kendt som Hubble konstantkan forskere deducere kosmosets alder og detaljer om dens nuværende tilstand. De kan endda bruge nummeret til at prøve at lære universets skæbne, som om det vil udvide sig for evigt, kollapse over sig selv eller rive fuldstændigt fra hinanden.
Forskere bruger to primære metoder til at måle Hubble-konstanten. Den ene involverer overvågning af nærliggende objekter, hvis egenskaber forskere forstår godt, såsom stellare eksplosioner kendt som supernovaer og pulserende stjerner kendt som Cepheid-variabler, for at estimere deres afstand og derefter udlede universets ekspansionshastighed. Den anden fokuserer på den kosmiske mikrobølgebakgrund, den resterende stråling fra Big Bang, og undersøger, hvordan den har ændret sig over tid for at beregne, hvor hurtigt kosmos har ekspanderet.
Imidlertid har dette par teknikker givet udbytte to forskellige resultater for værdien af Hubble-konstanten. Data fra den kosmiske mikrobølgebakgrund antyder, at universet i øjeblikket udvides med en hastighed på ca. 41,6 miles (67 kilometer) pr. Sekund pr. 3,26 millioner lysår, mens data fra supernovas og Cepheider i det nærliggende univers antyder en hastighed på ca. 45,3 miles ( 73 km) pr. Sekund pr. 3,26 millioner lysår.
Denne uoverensstemmelse antyder, at den standard kosmologiske model - forskernes forståelse af universets struktur og historie - kunne være forkert. Løsning af denne debat, kendt som Hubble konstant konflikt, kunne belyse kosmos 'evolution og ultimative skæbne.
I den nye undersøgelse antyder fysikere, at fremtidige data fra krusninger i rummet og tiden, kendt som gravitationsbølger, kan hjælpe med at bryde denne dødvande. "Den konstante konflikt i Hubble - det største antydning, vi har om, at vores model for universet er ufuldstændig - kan løses om fem til 10 år," fortalte hovedundersøgelsesforfatter Stephen Feeney, en astrofysiker ved Flatiron Institute i New York, til Space.com.
Ifølge Einsteins teori om generel relativitet, tyngdekraften skyldes, hvordan masse forvrænger rum-tid. Når ethvert objekt med masse bevæger sig, skal det frembringe tyngdekraftsbølger, der lynlås med lysets hastighed, strækker og presser rumtid undervejs.
Tyngdekraftsbølger er ekstraordinært svage, og det var først i 2016, at forskere opdagede det første direkte bevis på dem. I 2017 opdagede forskere også tyngdekraftsbølger fra kolliderende neutronstjerner, rester af stjerner, der omkom i katastrofale eksplosioner kendt som supernovaer. Hvis en stjerners rester ikke er massiv nok til at kollapse for at blive en sorte huller, ender de i stedet ud som en neutronstjerne, så navngivet, fordi dens tyngdepunkt er stærk nok til at knuse protoner sammen med elektroner til dannelse af neutroner.
I modsætning til sorte huller udsender neutronstjerner synligt lys, og det samme gør deres kollisioner. Tyngdekraftsbølgerne fra disse fusioner, kaldet "standard sirener", vil hjælpe forskere med at fastlægge deres afstand fra Jorden, mens lyset fra disse kollisioner vil hjælpe med at bestemme den hastighed, hvorpå de bevægede sig i forhold til Jorden. Forskere kan derefter bruge begge disse datasæt til at beregne Hubble-konstanten. Ifølge Feeney og hans kolleger kan analyse af nedbrud mellem ca. 50 par neutronstjerner i de næste fem til 10 år muligvis give nok data til at bestemme den bedste måling endnu af Hubble-konstanten.
Dette skøn afhænger dog af, hvor ofte neutron-stjernekollisioner forekommer. "Der er betydelig usikkerhed i frekvensen af neutronstjerne fusioner - Vi har trods alt kun set en til dato, "sagde Feeney." Hvis vi var meget heldige at se den ene, og fusioner er faktisk meget sjældnere, end vi tror, så skal vi observere antallet af fusioner, der er nødvendige for at forklare Hubble-konstanten konflikten kan tage længere tid, end vi anførte i vores arbejde. "
Gravitationsbølger kan ende med at støtte den ene værdi for Hubble-konstanten frem for den anden, men de kan også bestemme en ny tredje værdi for Hubble-konstanten, sagde Feeney. Hvis dette sker, kan det føre til ny indsigt i supernovas, Cepheids eller neutronstjernes opførsel, tilføjede han.
Forskerne detaljerede deres fund online 14. februar i tidsskriftet Physical Review Letters.
