Астрономи, які працюють з радіотелескопами Національного наукового фонду США, показали, що поєднання даних про гравітаційні хвилі з результатами радіоспостережень і теоретичного моделювання дає змогу використати злиття двох нейтронних зір в якості «космічної лінійки». Вона, натомість, може дозволити визначити швидкість розширення Всесвіту й сприяти вирішенню досі дискусійного питання про значення цієї швидкості.
Науковці вивчали наслідки зіткнення двох нейтронних зір, що спричинило появу гравітаційних хвиль, з допомогою Антенного масиву дуже великої бази (Very Long Baseline Array, VLBA), Дуже великого масиву (Very Large Array, VLA) імені Карла Янського і Радіотелескопа Ґрін-Бенк (Green Bank Telescope, GBT). Це явище (злиття нейтронних зір і гравітаційні хвилі ― Ред.) дає змогу отримати новий спосіб вимірювання швидкості розширення Всесвіту, тобто визначення сталої Габбла. Швидкість розширення Всесвіту дозволяє з’ясувати його розмір і вік, а також є важливим параметром для інтерпретації спостережних даних.
Два основні методи визначення сталої Габбла спираються на характеристики космічного мікрохвильового фону, випромінювання, що виникло у Всесвіті невдовзі після Великого Вибуху, та на особливостях вибухів наднових (їх називають надновими типу Ia) у далекому Всесвіті. Однак ці два методи дають різні результати.
«Злиття нейтронних зір дає нам новий метод вимірювання сталої Габбла і, сподіваюся, допоможе вирішити цю проблему», — заявив Кунал Муллі (Kunal Mooley) з Національної радіоастрономічної обсерваторії (National Radio Astronomy Observatory, NRAO) і Каліфорнійського технологічного інституту.
Нова методика визначення сталої Габбла схожа на метод, заснований на спостереженнях вибухів наднових типу Іа. Світність таких наднових можна знайти з аналізу кривої блиску зорі під час спалаху (за тим, як спадає блиск після максимуму). Знаючи світність — можна знайти відстань до зорі. Доплерівське зміщення спектральних ліній в світлі материнської галактики наднової вказує на швидкість, з якою галактика віддаляється від Землі. Поділивши швидкість на відстань, отримують сталу Габбла. Щоб отримати її точне значення, треба виконати багато таких вимірювань на різних відстанях.
Вибухоподібне злиття двох нейтронних зір спричиняє появу гравітаційних хвиль. Форма гравітаційного хвильового сигналу вказує науковцям наскільки «яскравим», тобто інтенсивним, був сплеск гравітаційних хвиль. Інтенсивність гравітаційних хвиль, зареєстрована на Землі, дає змогу визначити відстань до їхнього джерела.
«Це абсолютно незалежний спосіб вимірювання, що, як ми сподіваємося, допоможе з’ясувати справжнє значення сталої Габбла», ― сказав Мулі.
Спостереження в радіодіапазоні електромагнітного спектра струменя речовини, викинутого після злиття нейтронних зір, стали ключем, що уможливив астрономам визначити орієнтацію орбітальної площини зір до їх злиття. Це дало змогу встановити «яскравість» гравітаційних хвиль, які поширилися в напрямку Землі. Такі явища можуть бути новим інструментом для вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Фото з сайту https://phys.org.
Але, є суттєва особливість. Інтенсивність гравітаційних хвиль змінюється залежно від орієнтації орбітальної площини двох нейтронних зір. Гравітаційні хвилі сильніші в напрямку, перпендикулярному площині орбіти, і слабкіші, якщо промінь зору спостерігача лежить в площина орбіти.
«Щоб використати гравітаційні хвилі для вимірювання відстані, ми мусили знати цю орієнтацію», — сказав Адам Деллер (Adam Deller) з Технологічного університету Суінберна в Австралії.
Протягом кількох місяців астрономи використовували радіотелескопи для вимірювання руху надшвидкого струменя речовини, що виник внаслідок злиття нейтронних зір. «Ми використовували ці вимірювання разом з докладним гідродинамічним моделюванням для визначення кута орієнтації, що дозволяє використовувати гравітаційні хвилі для визначення відстані», ― сказав Ехуд Накар (Ehud Nakar) з Тель-Авівського університету.
Цього одного вимірювання від події, що трапилася на відстані близько 130 мільйонів світлових років від Землі, ще не достатньо для усунення невизначеності значення сталої Габбла.
«Ми вважаємо, що принаймні 15 таких подій, від яких буде зареєстровано гравітаційні хвилі і які вдасться спостерігати дуже докладно з радіотелескопами, можуть дати змогу вирішити цю проблему», ― сказав Кента Готокезака (Kenta Hotokezaka) з Принстонського університету. «Це було б важливим кроком у нашому розумінні одного з найважливіших аспектів Всесвіту», ― додав він.
Міжнародна група науковців під керівництвом Готокезаки повідомила про результати свого дослідження в журналі Nature Astronomy.
За інф. з сайту https://phys.org
