Jak by společné rozbíjení černých děr mohlo urovnat astronomický spor

V roce 2019 byla konference konaná v Kavli Institute for Theoretical Physics v Kalifornii zakončena zpoplatněný výpis: „Nenazývali bychom to napětím nebo problémem, ale spíše krizí.“

David Gross, částicový fyzik a bývalý ředitel KITP, hovořil o rychlosti, jakou se náš vesmír rozpíná. Ze samotné expanze se ale Gross neobával. Už desítky let víme, že vesmír dramaticky exploduje, protože nebeská tělesa obklopující naši planetu se neustále vzdalují od nás i od sebe navzájem.

Ne, Gross si dělal starosti s matematikou.

Aby vědci přesně určili, jak rychle k tomuto kosmickému posunu dojde, musí vypočítat důležitou hodnotu zvanou Hubbleova konstanta – ani dnes se však nikdo nedokáže shodnout na odpovědi.

Astronomická komunita tedy měla „krizi“, ale bylo to dilema, které připravilo půdu pro inovace. Od té napjaté konference experti po celém světě upravili způsob, jakým nahlížejí na své Hubbleovy konstantní rovnice, jako na pokus o obnovení míru mezi pozorovateli hvězd.

V pondělí jeden z těchto týmů představil mimořádnou myšlenku řešení konfliktů, jak je uvedeno v dokumentu Publikováno 3. srpna ve Physical Review Letters.

Astronomové z Chicagské univerzity se v podstatě domnívají, že když se černé díry číhající v hlubokém vesmíru navzájem srazí – což se někdy stává – může leviatanova gravitační rezonance skrz strukturu prostoru a času zanechat stopy informací zásadních pro dekódování Hubbleovy konstanty.

Nakonec, pokud vědci objeví skutečnou Hubbleovu konstantu, mohou také získat odpovědi na některé opravdu velké otázky o našem vesmíru, jako je: Vyvinul se z toho úžasný svět, který dnes vidíme? Z čeho je fyzicky vyroben? Jaké to může být za miliardy let, tak dlouho poté, co lidstvo zmizelo, že se na to nemůže ani podívat?

Čtení mezi řádky časoprostoru

Tu a tam, Srazí se dvě supermasivní černé díry. To znamená, že dvojice nejnepochopitelnějších objektů ve vesmíru je spojena do nepochopitelně obrovského tělesa.

Když k tomu dojde, fúze vyšle vlnky skrz strukturu prostoru a času – jak říká Obecná teorie relativity Alberta Einsteina Stejně jako pád kamene do rybníka by prohnal vodou vlny.

Jen čtyři roky předtím, než Gross a jeho kolegové fyzikové uspořádali napjatou debatu o záhadě Hubbleovy konstanty, Dvě výkonné observatoře dokázaly zachytit tyto vlnky způsobené černou dírou Odtud na zemi. Jmenují se American Laser Gravitational-Wave Observatory a Italian Virgin Observatory.

Během několika posledních let detekovaly LIGO a Virgo vlny z asi 100 párů srážek černých děr a tyto údaje nám mohou pomoci vypočítat rychlost, jakou se vesmír rozpíná, tvrdí Daniel Holz, astrofyzik z University of Chicago a spoluautorem nové studie. Mohou zvýraznit Hubbleovu konstantu.

„Když vezmete černou díru a umístíte ji dříve do vesmíru,“ Holz Řekl to v tiskové zprávě„Signál se změní a bude to vypadat jako větší černá díra, než ve skutečnosti je.“

To znamená, že pokud se černá díra srazí (daleko) ve vesmíru a signál putuje dlouhou (dlouhou) dobu, gravitační vlnění vycházející z této události bude ovlivněno expanzí vesmíru od nehody. Pokud například znovu přemýšlíte o vlnění jezírka, shození kamene do jezírka obvykle vede k těsnějšímu zvlnění v místě kontaktu. Ale pokud budete neustále sledovat, jak se tyto vlnky rozšiřují směrem ven, jsou o něco širší a ostřejší.

Pokud tedy dokážeme nějakým způsobem změřit změny vlnění kolizí černých děr, možná pochopíme rychlost, s jakou k některým z těchto změn dochází. To nám pomůže pochopit rychlost, s jakou je expanze vesmíru může legitimně ovlivnit, a nakonec i rychlost rozpínání vesmíru.

„Takže změříme hmotnosti blízkých černých děr a pochopíme jejich rysy, a pak se podíváme jinam a uvidíme, jak jsou ty ostatní díry transformované,“ Jose Maria Izquiaga, postdoktorand NASA, kolega z Kavli Institute for Cosmic Physics a spoluautor studie. uvedla nová studie v prohlášení. „To vám dává míru rozpínání vesmíru.“

Existuje nějaký trik?

Je tu ale malé upozornění – tato technika, kterou vědci nazývají metodou „standardní sirény“, není v tuto chvíli zcela proveditelná. Ve skutečnosti, LIGO a Panna budou muset opravdu vydržet a pracovat pro nás, abychom si dokázali představit budoucnost, kde se to stane samozřejmostí.

„Upřednostňují se tisíce těchto signálů, které bychom měli mít za pár let, a ještě více v příští dekádě nebo dvou,“ řekl Holz. „V tu chvíli by to byl neuvěřitelně mocný způsob, jak se dozvědět o vesmíru.“

I když jedním z velmi slibných aspektů standardní metody sirén je to, že je na ní založena Einsteinova obecná teorie relativity Osvědčená pravidla, která mnozí považují za neprolomitelná, a proto neuvěřitelně důvěryhodná.

Naproti tomu většina ostatních vědců, kteří řeší krizi Hubbleovy konstanty, spoléhá na hvězdy a galaxie, uvedli výzkumníci, které zahrnují spoustu složité astrofyziky a představují poctivý potenciál pro chyby. Je však třeba poznamenat, že existují někteří další odborníci, kteří se zaměřují na gravitační vlny jako na měření Hubbleovy konstanty.

V roce 2019 se například samostatný tým astronomů podíval na vlnění napříč prostorem a časem způsobené sloučením neutronových hvězd, které zachytily LIGO a Virgo v roce 2017. Snažili se pochopit, jak jasná byla srážka, když k ní došlo obrátit výpočet gravitačních vln a nakonec dospět k odhadu Hubbleovy konstanty. A ve stejném roce, Jiný tým navrhl, že ke srážce potřebujeme pouze 25 neutronových hvězd Odečet pro tvrdou instalaci s přesností až 3 %.