Швидкість розширення Всесвіту: гравітаційні хвилі розв'яжуть давню проблему космології

Згідно з новим дослідженням, опублікованим у виданні Physical Review Letters, гравітаційні хвилі можна використовувати для вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Йдеться про хвилі, які з'являються в процесі зближення двох чорних дір, що з часом зіллються в одну. Таким чином може бути розв'язана давня проблема космології, адже наявні методи вимірювання швидкості розширення космосу дають різні результати. А новий метод може дати найбільш точний результат, вважають науковці, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Проблема з розширенням Всесвіту

Уже понад 25 років учені знають про те, що у Всесвіті відбувається прискорене розширення і за цим прискоренням, найімовірніше, стоїть загадкова сила, яка називається темною енергією. Швидкість розширення Всесвіту або постійна Габбла, згідно з двома відомими методами вимірювання цієї швидкості, має два різні значення. І це поки що нерозв'язна загадка для вчених.

Один із методів вимірювання постійної Габбла враховує швидкість галактик і їхню відстань від нас, і він показує, що Всесвіт розширюється зі швидкістю приблизно 73 км/с на мегапарсек. Другий метод, заснований на вивченні реліктового випромінювання, яке є залишковим явищем Великого вибуху, дає інше значення — 67,5 км/с на мегапарсек.

Але нове дослідження пропонує розв'язати цю проблему за допомогою такого явища, як гравітаційне лінзування, і отримати найточніше значення сталої Габбла.

Гравітаційне лінзування

Будь-який великий об'єкт, що має масу, спотворює простір і час, але також такі об'єкти спотворюють світло від інших об'єктів, що знаходяться далі. Наприклад, велика галактика або скупчення галактик можуть виступати як гравітаційна лінза, яка викривляє світло від більш далекого джерела. У результаті це фонове світло збільшується в розмірах і можна побачити, наприклад, дуже далеку галактику, яку інакше побачити неможливо.

Але автори дослідження стверджують, що за допомогою гравітаційного лінзування також будуть спотворюватися і гравітаційні хвилі, що створюються під час зближення двох чорних дір на величезній швидкості перед своїм об'єднанням у ще більшу чорну діру.

Світло від будь-якого фонового джерела проходить різні шляхи в космосі перед тим, як досягне, наприклад, лінзової галактики. Це означає, що світло досягає космічного телескопа в різний час, і ця часова затримка іноді призводить до того, що один і той самий об'єкт з'являється кілька разів на одному і тому ж знімку.

Гравітаційні хвилі

Гравітаційні хвилі також рухаються різними шляхами через космос і, досягаючи гравітаційної лінзи, також повинні демонструвати схожу зі світлом затримку в часі приходу. Вчені вважають, що детектори гравітаційних хвиль теоретично можуть виявити гравітаційні хвилі від одного і того ж зіткнення чорних дір у різний час. І це можна використовувати для вимірювання швидкості розширення Всесвіту.

Річ у тім, що швидкість розширення Всесвіту впливає на відстань між джерелами гравітаційних хвиль і лінзуючою галактикою, а також на відстань до Землі. Вчені вважають, що ступінь лінзування гравітаційних хвиль має залежати від швидкості розширення Всесвіту. І це допоможе визначити найбільш точне значення постійної Габбла.

За словами вчених, головна перевага цього методу полягає в тому, що коливання гравітаційних хвиль, на відміну від світла, не змінюються, коли вони проходять через масивні газові та пилові хмари. Світло, що проходить через них, може бути поглинуте цими об'єктами або ж його частота зміниться.

Поки що вивчення гравітаційних хвиль є абсолютно новою галуззю науки, адже перші такі хвилі виявили лише 8 років тому. Але автори дослідження вважають, що нинішні поліпшені детектори гравітаційних хвиль і майбутні потужніші детектори дозволять спостерігати гравітаційні хвилі за допомогою гравітаційного лінзування. А після цього можна розпочинати до вирішення старої космологічної проблеми зі швидкістю розширення Всесвіту.

Фокус уже писав про те, що згідно з нещодавнім дослідженням, гравітаційні хвилі можуть випромінювати не тільки чорні діри, а й зірки, які вмирають.

Також Фокус писав про те, що вчені вперше в історії виявили низькочастотні гравітаційні хвилі за допомогою пульсарів, тобто так званий фоновий гул Всесвіту.