Neutronstjerner skriker i bølger i rumtid, når de dør, og astronomer har skitseret en plan for at bruge deres tyngdepunkt til at spore universets historie. Deltag i os, mens vi udforsker, hvordan du kan forvandle deres smerte til vores kosmologiske fortjeneste.
Kosmologer er besat af standarder. Årsagen til denne besættelse hviler i deres mødende forsøg på at måle ekstreme afstande i vores univers. Se på en tilfældig stjerne eller galakse. Hvor langt væk er det? Er det tættere eller længere end en stjerne eller galakse ved siden af? Hvad hvis den ene er lysere eller lysere end den anden?
Dette er en temmelig håbløs situation, medmindre kosmos er spredt med almindelige ting - genstande med kendte egenskaber. Forestil dig, hvis 100-watts lyspærer eller meterpinde kaster universet. Hvis vi kunne se disse lyspærer eller meterpinde, kunne vi sammenligne hvordande ser på os her på Jorden til hvad vived godt de ligner tæt på og personlig. Hvis vi ser en pære i universet og ved, at den formodes at være den samme lysstyrke som en standard 100-watts pære, så kan vi gøre nogle trigonometri for at slå afstanden til den pære ud. Det samme for pinden: hvis vi ser en tilfældig pind flyde rundt og ved, at den antages at være nøjagtigt en meter lang, kan vi sammenligne dens længde i vores synsfelt og matematik ud over afstanden til den.
Selvfølgelig ville lyspærer og meterpinde skabe elendige kosmologiske sonder, fordi de er svage og små. Til seriøst arbejde har vi brug for lyse ting, store ting og fælles ting. Og der er dyrebare få af disse standarder i universet: Type 1a supernova tjener som ”standardlys” og akustiske baryons akustiske svingninger (en rest bagt i fordelingen af galakser, der er tilbage fra det tidlige univers, og genstanden for en anden artikel) kan tjene som en "standard lineal".
Men vi har brug for mere end stearinlys og stikker for at få os ud af det nuværende kosmologiske område, vi befinder os i.
Vi lever i et ekspanderende univers. Hver dag kommer galakser længere væk fra hinanden (i gennemsnit; der kan stadig være ”småskala” -kollisioner og grupperinger). Og ekspansionshastigheden i vores univers er ændret i løbet af de sidste 13,8 milliarder år med kosmisk historie. Universet er lavet af en masse forskellige karakterer: stråling, stjerner, gas, underlige ting som neutrinoer, skræmmende ting som mørkt stof og underlige ting som mørk energi. Når hver af disse komponenter tændes, slukkes, begynder at dominere eller stopper med at dominere, forskydes universets ekspansionskurs på sin side.
Vejen tilbage i de gode gamle dage, plejede at være chef for universet. Så når universet ekspanderede, aftager denne ekspansion fra den konstante tyngdekraften af alt det stof. Men så blev sagen for spredt, for tynd og for svag til at kontrollere kosmos.
For omkring fem milliarder år siden tog mørk energi kontrol, og vendte den lille retardation af universets udvidelse og skubbede kronbladet til metallet, hvilket fik universets udvidelse til ikke bare at fortsætte, men til at accelerere. Mørk energi - uanset hvad det er - fortsætter sin uhyggelige dominans af kosmos til nutiden.
Det er kritisk vigtigt at måle universets ekspansionshastighedlige nu - da ekspansionshastigheden er bundet til universets indhold, fortæller måling af ekspansionshastigheden i dag, hvem de største kosmologiske spillere er, og deres relative betydning. Vi kan måle dagens ekspansionshastighed, kendt som Hubble-konstanten, på mange måder, som med pinde og stearinlys.
Og her ligger en overraskende spænding. Målinger af Hubble-konstanten fra det nærliggende univers ved hjælp af ting som supernova giver en bestemt værdi. Men målinger af det tidlige univers ved hjælp af den kosmiske mikrobølgebakgrund fører også til begrænsninger for dagens Hubble-konstant, og disse målinger er ikke helt enige med hinanden.
Et klistret problem: To uafhængige metoder til måling af det samme antal fører til forskellige resultater. Det kan være et tegn på helt ny fysik eller bare dårligt forståede observationer. Men uanset hvad tilfældet, mens nogle kosmologer ser på denne situation som en udfordring, ser andre på det som en mulighed. Hvad vi har brug for, er flere målinger, og især målinger, der er helt uafhængige af de eksisterende. Vi har standard linealer og standardlys, så hvad med ... standard sirener.
Hvorfor ikke.
De kakofoniske gravitationsbølger, der sprænger fra de sidste øjeblikke af sammenstødet mellem to neutronstjerner, indeholder saftig kosmologisk information. Da vi forstår deres fysik meget godt, kan vi studere den ultrapræcise struktur af tyngdekraftsbølgerne for at vide, hvor højt (i tyngdekraft, ikke i lyd, men du bliver bare nødt til at rulle med metaforen), som de skrig, da de kolliderede . Så kan vi sammenligne det med, hvor højt de lyder her på Jorden, og voila: en afstand.
Denne teknik har allerede givet en (relativt grov) måling af Hubble-konstanten fra den ene og kun observerede neutronstjernefusion.
Men det skulle ikke være det sidste dødsskrig fra neutronstjerne, vi hører. I de kommende år forventer vi (håb?) At fange dusinvis mere. Og med hver kollision kan vi fastlægge en pålidelig afstand til den fyrige begivenhed og måle universets ekspansionshistorie siden deres neutrony-undergang, hvilket giver et helt andet spor til at afsløre værdien af Hubbles konstante.
Kosmologer ved University of Chicago forudsagde, at teknikken med standard sirener inden for fem år vil give målinger, der er konkurrencedygtige med eksisterende metoder. Men når det kommer til den store kosmologiske debat i det 21. århundrede, forbliver spørgsmålet: vil standard sirener være den afgørende faktor, eller kun uddybe mysteriet?
Læs mere: “En 2% Hubble-konstant måling fra standard sirener inden for 5 år”
