Bir sanatçının çarpışmak ve birleşmek üzere olan iki kara delik izlenimi.
Chicago Üniversitesi astronomlar, evrenin evrimini anlamak için ‘spektral siren’ yöntemini öneriyorlar.
Bir kara delik genellikle bilginin kaybolduğu yerdir. Ancak bilim adamları, evrenin tarihini bize anlatmak için son anlarını kullanmak için bir hile bulmuş olabilirler.
Chicago Üniversitesi’nden iki astrofizikçi, yeni bir çalışmada, evrenimizin ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek için çarpışan karadelik çiftlerinin nasıl kullanılacağına dair bir yöntem ortaya koydu. Bu, evrenin nasıl geliştiğini, neyden yapıldığını ve nereye gittiğini anlamamıza yardımcı olacaktır.
Bilim adamları, özellikle, “spektral siren” olarak adlandırdıkları yeni tekniğin, evrenin aksi halde anlaşılması zor olan “gençlik” yılları hakkında ayrıntıları ortaya çıkarabileceğini düşünüyorlar.
Yeni bir çalışmada, Chicago Üniversitesi’nden iki astrofizikçi, evrenimizin ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek için çarpışan karadelik çiftlerinin (yukarıda bir sanatçının yorumu olarak gösterilmiştir) nasıl kullanılacağına dair bir yöntem ortaya koydu. Kredi: eXtreme Spacetimes (SXS) Projesi Simülasyonu
kozmik bir cetvel
Devam eden büyük bir bilimsel tartışma, evrenin tam olarak ne kadar hızlı genişlediğidir – bir sayı Hubble sabiti. Genişleme oranını ölçmek için mevcut farklı yöntemlerle biraz farklı cevaplar verilir. Bu çatışmayı çözmeye yardımcı olmak için bilim adamları, alternatif yollar Bu oranı ölçmek için. Doğrulanıyor kesinlik Bu sayının bu kadarı özellikle önemlidir çünkü evrenin yaşı, tarihi ve yapısı gibi temel soruları anlamamızı etkiler.
Yeni çalışma, evrenin kozmik yankılarını yakalayan özel dedektörler kullanarak bu hesaplamayı yapmak için yeni bir yol sunuyor. Kara delik çarpışmalar.
Bazen, iki kara delik birbirine çarpar – o kadar güçlü bir olay ki, uzay-zamanda evrende seyahat eden bir dalgalanma yaratır. Burada, Dünya’da, ABD Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LİGO) ve İtalyan gözlemevi Başak, yerçekimi dalgaları olarak bilinen bu dalgalanmaları yakalayabilir.
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde LIGO ve Virgo, çarpışan yaklaşık 100 çift kara delikten okumalar topladı.
Her çarpışmadan gelen yerçekimi dalgası sinyali, kara deliklerin ne kadar büyük olduğu hakkında bilgi içerir. Bununla birlikte, sinyal uzayda seyahat ediyor ve bu süre zarfında evren genişledi, bu da sinyalin özelliklerini değiştirdi. UChicago astrofizikçisi Daniel Holz, “Örneğin, bir kara deliği alıp evrenin daha erken bir yerine koyarsanız, sinyal değişecek ve gerçekte olduğundan daha büyük bir kara delik gibi görünecek” dedi. kağıt.
Yöntem, evrenin diğer yöntemlerle incelenmesi zor olan “gençlik” yıllarına benzersiz bir pencere açabilir.
Bilim adamları bu sinyalin nasıl değiştiğini ölçmenin bir yolunu bulabilirlerse, evrenin genişleme hızını hesaplayabilirler. Sorun kalibrasyon: Nasıl biliyorlar? ne kadar orijinalinden değişti mi?
Holz ve ilk yazar Jose María Ezquiaga, yeni makalelerinde, tüm kara delik popülasyonu hakkındaki yeni bilgimizi bir kalibrasyon aracı olarak kullanabileceklerini öne sürüyorlar. Örneğin, mevcut kanıtlar, tespit edilen kara deliklerin çoğunun güneşimizin kütlesinin beş ila 40 katı arasında olduğunu gösteriyor. Ezquiaga, “Yani yakındaki kara deliklerin kütlelerini ölçüp özelliklerini anlıyoruz ve sonra daha uzağa bakıp bu kara deliklerin ne kadar değiştiğini görüyoruz” dedi. NASA Einstein Doktora Sonrası Araştırmacısı ve Kavli Kozmolojik Fizik Enstitüsü Üyesi, UChicago’da Holz ile birlikte çalışıyor. “Ve bu size evrenin genişlemesinin bir ölçüsünü verir.”
Yazarlar buna yeni bir yaklaşım olan “spektral siren” yöntemi adını veriyor.standart sirenHolz ve işbirlikçilerinin öncülük ettiği yöntem. (Ad, astronomide de kullanılan ‘standart mum’ yöntemlerine bir göndermedir.)
Araştırmacılar heyecanlı çünkü gelecekte, LIGO’nun yetenekleri genişledikçe yöntem, evrenin diğer yöntemlerle çalışılması zor olan “genç” yıllarına (yaklaşık 10 milyar yıl önce) benzersiz bir pencere açabilir.
Bilim adamları kullanabilir kozmik mikrodalga arka plan evrenin en erken anlarına bakmak için. Ayrıca evrenin daha yakın tarihini incelemek için kendi galaksimizin yakınındaki galaksilere de bakabilirler. Bununla birlikte, aradaki döneme ulaşmak daha zordur ve bu, özel bir bilimsel ilgi alanıdır.
Ezquiaga, “O sıralarda, evrendeki baskın güç olan karanlık maddeden, kontrolü ele alan karanlık enerjiye geçtik ve bu kritik geçişi incelemekle çok ilgileniyoruz” dedi.
Bilim adamları, bu yöntemin diğer avantajının, bilimsel bilgimizdeki boşlukların yarattığı belirsizliğin daha az olması olduğunu söyledi. Holz, “Kara delik popülasyonunun tamamını kullanarak, yöntem kendini kalibre edebilir, hataları doğrudan tanımlayabilir ve düzeltebilir” dedi. Hubble sabitini hesaplamak için kullanılan diğer yöntemler, birçok karmaşık fizik ve astrofiziği içeren yıldızların ve galaksilerin fiziğine ilişkin mevcut anlayışımıza dayanır. Bu, henüz bilmediğimiz bir şey varsa, ölçümlerin biraz atılabileceği anlamına gelir.
Buna karşılık, bu yeni kara delik yöntemi, neredeyse tamamen Einstein’ın iyi çalışılmış ve bilim adamlarının şimdiye kadar test etmeye çalıştıkları tüm yollara karşı duran yerçekimi teorisine dayanıyor.
Tüm kara deliklerden ne kadar çok okuma alırlarsa, bu kalibrasyon o kadar doğru olacaktır. Holz, “Birkaç yıl içinde ve hatta önümüzdeki on veya yirmi yılda daha fazlasına sahip olmamız gereken bu sinyallerden tercihen binlercesine ihtiyacımız var” dedi. “Bu noktada, evren hakkında bilgi edinmek için inanılmaz derecede güçlü bir yöntem olurdu.”
Referans: Jose María Ezquiaga ve Daniel E. Holz, 3 Ağustos 2022, “Spektral Sirenler: Kompakt İkili Dosyaların Tam Kütle Dağılımı’ndan Kozmoloji”, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
Finansman: NSF, NASA