Физики придумали совершенно новый инструмент для измерения скорости расширения Вселенной. Вместо того чтобы высматривать отдельные вспышки далеких звезд, они предлагают просто «послушать» коллективный шум от слияний невидимых черных дыр.
В современной астрофизике есть одна неприятная проблема, из-за которой исследователи уже не первый год теряют сон. Она называется «напряжение Хаббла» (Hubble tension).
Смысл вот в чем: мы абсолютно точно знаем, что Вселенная расширяется. Но когда мы пытаемся измерить скорость этого расширения (постоянную Хаббла), данные упорно не хотят сходиться. Если опираться на «раннюю» Вселенную и изучать реликтовое излучение, оставшееся от Большого взрыва, получается значение около 67 км/с на мегапарсек. А если измерять по «поздней» Вселенной, наблюдая за современными сверхновыми звездами, выходит в районе 73 км/с на мегапарсек. Разница кажется ерундовой, но по меркам космологии этот статистический разрыв (более 5 сигма) огромен. Он означает, что либо кто-то систематически ошибается в расчетах, либо наша фундаментальная физика дала трещину, и в эволюции Вселенной мы упускаем что-то очень важное.
Чтобы разрешить этот спор, нужен был принципиально новый независимый арбитр. И, похоже, он наконец-то найден.
Группа исследователей опубликовала в журнале Physical Review Letters статью, где предложила использовать в качестве измерительной рулетки гравитационные волны. Но не те обычные волны, к которым астрофизики уже привыкли, а их стохастический фон.
Гравитационные обсерватории (такие как LIGO, Virgo и KAGRA) уже почти десять лет периодически «ловят» искажения пространства-времени от слияния отдельных пар массивных черных дыр или нейтронных звезд. Представьте, что вы стоите на огромном стадионе: эти индивидуальные зафиксированные слияния — как громкие хлопки или крики людей, стоящих прямо рядом с вами.
Но кроме ваших соседей на стадионе есть десятки тысяч других зрителей. Вы не слышите слов каждого по отдельности, но все их голоса сливаются в непрерывный, монотонный гул. В космосе происходит то же самое: на огромных расстояниях во Вселенной постоянно сливаются бесчисленные черные дыры. Они находятся слишком далеко, чтобы детекторы уловили каждое событие отдельно, но все вместе они создают гравитационно-волновой фон — эдакий коллективный космический «гул».
Новый инструмент исследователи назвали методом «стохастической сирены» (stochastic siren). Логика астрофизиков Брайса Казинса, Дэниэла Хольца, Николаса Юнеса и их коллег изящна в своей простоте.
Громкость этого гравитационного гула напрямую зависит от того, как быстро расширяется Вселенная.
- Если постоянная Хаббла мала (то есть Вселенная расширяется медленно), то доступный объем пространства относительно невелик. Меньше объем — выше плотность сталкивающихся черных дыр в одном «кубическом мегапарсеке» — сильнее и громче суммарный фоновый гул.
- Если же Вселенная расширяется быстро, объем пространства огромный, «население» черных дыр сильно размазано, и гул становится тише.
Самое забавное в этом открытии то, что засечь сам гул ученым… пока не удалось. Чувствительности нынешних приборов LIGO-Virgo-KAGRA для этого еще немного не хватает. Но физики умудрились превратить этот технический недостаток в научный триумф!
Раз мы до сих пор не оглохли от гравитационно-волнового фона (наши приборы его не слышат), значит, он не может быть слишком громким. А раз так, то это уже сейчас позволяет уверенно исключить самые низкие значения постоянной Хаббла. Выходит, чаша весов в многолетнем споре постепенно начинает склоняться в сторону более быстрого расширения Вселенной.
«Не каждый день удается придумать совершенно новый инструмент для космологии, — не скрывая радости, отмечает соавтор исследования, профессор Чикагского университета Дэниэл Хольц. — Мы показываем, что, используя фоновый шум от слияния черных дыр в далеких галактиках, мы можем узнать реальный возраст и состав нашей Вселенной».
С ним соглашаются и независимые эксперты. По словам астрофизика Кьяры Мингарелли (которую цитирует издание Live Science), использовать сам факт того, что мы не можем пока ничего обнаружить как твердое доказательство против медленного расширения — это «очень остроумная идея».
Долго довольствоваться отсутствием наблюдений астрофизикам, скорее всего, не придется. Лазерные интерферометры и детекторы постоянно модернизируются. Ученые ожидают, что неуловимый сегодня гул черных дыр будет напрямую зафиксирован приборами уже в ближайшие шесть лет.
Как только этот фон измерят количественно, космологи получат сверхточную рулетку. Возможно, метод «стохастической сирены» станет той самой волшебной пулей, которая наконец-то убьет «напряжение Хаббла» и помирит теоретиков с практиками.
Либо же — что в астрофизике случается не реже — подкинет нам совершенно новые, еще более безумные загадки, заставив в очередной раз переписывать учебники физики.
Читайте также: Расширение Вселенной — это мираж
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.