Как быстро на самом деле расширяется Вселенная: загадку решает рябь в пространстве-времени

Одна из самых больших загадок современной физики состоит в том, что существует противоречие в расчете скорости расширения Вселенной. То есть разные наблюдения дают разные результаты и это называется проблема Хаббла. Ученые считают, что решить эту проблему можно, если использовать рябь в пространстве-времени или гравитационные волны для измерения скорости расширения Вселенной. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

С 1998 года астрономы знают, что наша Вселенная не только расширяется, но делает это с ускорением. Ускоряет скорость расширения космоса так называемая темная энергия, но ее природа до конца не ясна. В то же время одним из главных нерешенных вопросов современной физики остается вопрос об истинном значении скорости расширения космоса.

Скорость расширения Вселенной описывает постоянная Хаббла. Разногласие по поводу постоянной Хаббла возникает из-за того, что при ее измерении с помощью сверхновых типа 1a в локальной и современной Вселенной получается одно значение. Но если измерять реликтовое излучение, которое возникло в самой ранней Вселенной, то получается другое значение. Так возникала проблема Хаббла.

Теперь авторы исследования утверждают, что истинное значение скорости расширения Вселенной можно получить с помощью гравитационных волн. Это поможет решить проблему Хаббла.

Гравитационные волны

Существование гравитационных волн предсказал Альберт Эйнштейн в начале XX века. Его общая теория относительности предполагает, что объекты с массой вызывают искривление ткани пространства-времени. То, что мы воспринимаем как гравитацию, возникает из-за этого искривления. При этом, чем больше масса объекта, тем больше искривление и тем сильнее гравитация.

Общая теория относительности Эйнштейна также предсказывает, что, когда объекты ускоряются в пространстве-времени, это создает рябь (ее можно сравнить с рябью на поверхности озера), которая распространяется со скоростью света. Это гравитационные волны и впервые их обнаружили в 2015 году. Эти волны возникли в результате столкновения и слияния двух массивных черных дыр, расположенных на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от нас. С тех пор ученые зафиксировали гравитационные волны от слияний черных дыр, нейтронных звезд и даже от слияний черной дыры и нейтронной звезды.

Авторы исследования говорят, что, используя фоновый шум гравитационных волн от слияния черных дыр в далеких галактиках можно уточнить скорость расширения Вселенной.

Решение загадки скорости расширения Вселенной

Чтобы использовать гравитационные волны для измерения постоянной Хаббла, ученым необходимо измерить скорость удаления событий, порождающих гравитационные волны, а не просто оценить расстояние до этих событий. Для этого астрономам необходимо отслеживать свет, то есть электромагнитное излучение от этих событий или даже от галактик, в которых они происходят.

Ученые могут получить два значения постоянной Хаббла: одно только с помощью электромагнитного излучения, другое — с помощью электромагнитного излучения и гравитационных волн. Если эти методы не совпадают, сохраняется неопределенность относительно постоянной Хаббла, и ученые понимают, что в ранней Вселенной и современной Вселенной есть нечто, чего они не могут объяснить.

Авторы исследования предлагают использовать для определения скорости расширения космоса фоновый шум гравитационных волн. Это можно рассматривать как фоновый гул Вселенной, возникающий в результате множества более отдаленных столкновений черных дыр. Ученые говорят, что можно определить частоту этих столкновений во Вселенной.

Ученые предполагают, что при более низких значениях постоянной Хаббла объем пространства, доступного для столкновений, уменьшается, что приводит к большей плотности столкновений и, следовательно, к более сильному фоновому шуму. Таким образом, если этот шум не может быть обнаружен, это указывает на более высокое значение постоянной Хаббла.

Ученые уже обнаружили, что существующие данные о гравитационных волнах указывают на более высокие значения постоянной Хаббла и, следовательно, на более высокую скорость расширения Вселенной. Но нужны более чувствительные детекторы гравитационных волн, которые могли бы повредить эти выводы. Ученые считают, что это получится сделать в течение ближайших шести лет.

Фокус также писал о том, как физик Стивен Хокинг двумя страницами перевернул понимание черных дыр с ног на голову.