Neutronitähdet huutavat avaruusajan aalloissa kuollessaan, ja tähtitieteilijät ovat laatineet suunnitelman käyttää painovoimaongelmaansa maailmankaikkeuden historian jäljittämiseen. Liity joukkoomme tutkiessamme, kuinka muuttaa heidän kivunsa kosmologiseksi voittoksi.
Kosmologit ovat pakkomielle normeista. Syynä tähän pakkomielle on heidän työläiset yritykset mitata äärimmäiset etäisyydet maailmankaikkeudessa. Katso satunnainen tähti tai galaksi. Kuinka kaukana se on? Onko se lähempänä vai kauempana kuin viereinen tähti tai galaksi? Entä jos yksi on kirkkaampi tai himmeämpi kuin toinen?
Tämä on melko toivoton tilanne, ellei kosmoksia ole hajallaan vakioasioilla - esineillä, joilla on tunnetut ominaisuudet. Kuvittele, jos 100 watin hehkulamput tai metrimittarit roskasivat maailmankaikkeutta. Jos voisimme nähdä ne lamput tai mittarit, voisimme vertailla Mitenhe odottavat meitä täällä maan päällä mitä metietää ne näyttävät läheltä ja henkilökohtaiselta. Jos näemme hehkulampun maailmankaikkeudessa ja tiedämme, että sen on tarkoitus olla saman kirkkauden kuin tavallinen 100 watin hehkulamppu, voimme tehdä jonkin verran trigonometriaa rästätäksesi etäisyyden siihen lamppuun. Sama kepin kohdalla: Jos näemme satunnaisen tikun kelluvan ympärillä ja tiedämme, että sen on tarkoitus olla tarkalleen metrin pituinen, voimme verrata sen pituutta näkökenttään ja laskea etäisyys siihen.
Tietenkin hehkulamput ja mittarisauvat tekisivät surkeita kosmologisia koettimia, koska ne ovat himmeitä ja pieniä. Vakavaa työtä varten tarvitaan kirkkaita asioita, suuria asioita ja tavallisia asioita. Ja näistä standardeista on maailmankaikkeudessa arvokasta muutama: Tyypin 1a supernoova toimii ”standardi kynttilöinä” ja akryylisillä baryonin heilahteluilla (jäännös, joka on paistettu galaksien jakautumiseen varhaisesta maailmankaikkeudesta, ja toisen artikkelin aihe) voi toimia "vakioviivain".
Mutta tarvitsemme muutakin kuin kynttilöitä ja tikkuja päästäksemme meidät pois nykyisestä kosmologisesta ymmärtämyksestämme, josta löydämme itsemme.
Elämme laajenevassa maailmankaikkeudessa. Joka päivä galaksit pääsevät kauemmaksi toisistaan (keskimäärin; silti voi olla "pienimuotoisia" törmäyksiä ja ryhmittymiä). Ja maailmankaikkeuden laajentumisnopeus on muuttunut kosmisen historian viimeisen 13,8 miljardin vuoden aikana. Universumi koostuu joukosta erilaisia merkkejä: säteily, tähdet, kaasu, outoja asioita, kuten neutriinoja, oudompia asioita, kuten tumma aine, ja omituisimpia asioita, kuten tumma energia. Kun jokainen näistä komponenteista kytkeytyy päälle, sammuu, alkaa hallita tai lakkaa hallitsemasta, maailmankaikkeuden laajenemisnopeus puolestaan muuttuu.
Paluu takaisin vanhoina hyvinä aikoina, aine oli aiemmin maailmankaikkeuden pomo. Joten maailmankaikkeuden laajentuessa, tuo laajentuminen hidastui kaiken tämän asian jatkuvasta painovoiman vetämisestä. Mutta sitten asia tuli liian leveäksi, liian ohutksi ja liian heikoksi hallitsemaan kosmosta.
Noin viisi miljardia vuotta sitten pimeä energia otti hallintaansa kääntäen maailmankaikkeuden laajenemisen pienen hidastumisen ja työntäen terälehden metalliin, jolloin maailmankaikkeuden laajeneminen ei vain jatka, vaan kiihtyi. Pimeä energia - mikä tahansa se on - jatkaa synkkäänsä hallintaa kosmossa nykypäivään.
On kriittisen tärkeää mitata maailmankaikkeuden laajentumisnopeusjuuri nyt - Koska laajentumisnopeus on sidottu maailmankaikkeuden sisältöön, laajentumisnopeuden mittaaminen kertoo meille, mitkä ovat tärkeimmät kosmologiset toimijat ja heidän suhteellisen merkityksensä. Voimme mitata tämän päivän laajenemisnopeutta, joka tunnetaan Hubble-vakiona, monin tavoin, kuten sauvojen ja kynttilöiden kanssa.
Ja tässä on yllättävä jännite. Hubble-vakion mittaukset läheisestä maailmankaikkeudesta supernoovan kaltaisten asioiden avulla antavat yhden tietyn arvon. Mutta varhaisen maailmankaikkeuden mittaukset kosmisen mikroaaltotaustan avulla johtavat myös tämän päivän Hubble-vakion rajoituksiin, ja nämä mittaukset eivät ole täysin samaa mieltä toistensa kanssa.
Tarttuva ongelma: kaksi riippumatonta menetelmää saman luvun mittaamiseksi johtaa erilaisiin tuloksiin. Se voi olla merkki upouudesta fysiikasta tai vain huonosti ymmärretyistä havainnoista. Mutta mitä tahansa tapausta, kun taas jotkut kosmologit katsovat tätä tilannetta haasteeksi, toiset katsovat sen mahdollisuuteen. Tarvitsemme enemmän mittauksia, ja etenkin sellaisia, jotka ovat täysin riippumattomia olemassa olevista. Meillä on vakiona viivaimet ja kynttilät, joten entä… tavanomaiset sireenit.
Miksipä ei.
Kahden neutronitähden törmäysten viimeisistä hetkeistä räjähtävät kakofoniset gravitaatioaallot sisältävät mehukasta kosmologista tietoa. Koska ymmärrämme heidän fysiikansa erittäin hyvin, voimme tutkia painovoima-aaltojen erittäin tarkkaa rakennetta saadaksesi tietää kuinka äänekästi (painovoimassa, ei äänessä, mutta sinun on vain vieritettävä metaforin kanssa) he huusivat törmäyksessä . Sitten voimme verrata sitä kuinka ääneen ne kuulostavat täältä maan päällä, ja voila: etäisyys.
Tämä tekniikka on jo antanut (suhteellisen karkean) Hubble-vakion mittauksen yhdestä ja ainoasta havaitusta neutronitähtien sulautumisesta.
Mutta se ei saisi olla viimeinen kuulemamme neutronitähtien kuolema. Odotamme (toivottavasti) seuraavien vuosien aikana kymmeniä lisää. Ja jokaisella törmäyksellä voimme kiinnittää luotettavan etäisyyden tuliseen tapahtumaan ja mitata maailmankaikkeuden laajenemishistoriaa niiden neutronin tuomiosta lähtien, tarjoamalla aivan toisenlaisen kappaleen Hubblen vakion arvon paljastamiseksi.
Chicagon yliopiston kosmologit ennustivat, että viiden vuoden kuluessa tavanomaisten sireenien tekniikka tuottaa mittaukset kilpailukykyisin olemassa olevilla menetelmillä. Mutta kun kyse on 2000-luvun suuresta kosmologisesta keskustelusta, kysymys on edelleen: ovatko standardisireenit ratkaiseva tekijä vai syventävätkö ne vain mysteeriä?
Lue lisää: “2-prosenttinen Hubble-vakiomittaus tavanomaisista sireeneistä 5 vuoden sisällä”
