1772568760
2026-03-03 20:00:00
У физиков может появиться совершенно новый способ измерения скорости расширения Вселенной — одной из величайших загадок космологии — с использованием пространственно-временных пульсаций, предсказанных Эйнштейном.
Новое исследование предполагает, что слабый фон гравитационных волн, создаваемый многочисленными сливающимися черными дырами во Вселенной, может быть использован для независимого измерения скорости расширения пространства. Даже не обнаружив непосредственно этот фоновый «гул», исследователи показывают, что он уже накладывает ограничения на постоянную Хаббла — ключевую величину, лежащую в основе одной из самых больших загадок современной космологии.
Вам может понравиться
Независимая проверка постоянной Хаббла
Скорость расширения Вселенной, закодированная в постоянной Хаббла, оказалась в центре внимания исследователей. острая дискуссия последних лет. Измерения, основанные на ранней Вселенной, например, полученные на основе остаточного излучения Большого взрыва (известного как космический микроволновый фон), не согласуются с измерениями, полученными на более близких объектах, таких как мерцающие сверхновые и галактики. Это несоответствие, известное как напряжение Хаббла, теперь достигло высокой статистической значимости.
«Напряжение Хаббла — одна из наиболее важных открытых проблем в космологии». Кьяра Мингареллидоцент кафедры физики Йельского университета, который не принимал участия в новом исследовании, рассказал > по электронной почте. «Измерения скорости расширения ранней и поздней Вселенной расходятся более чем на 5 сигм. [the “gold standard” of statistical significance in physics]и мы не знаем почему. Либо это неопознанная систематическая ошибка, либо новая физика. Любое действительно независимое измерение скорости расширения чрезвычайно ценно».
Новое исследование принято к публикации в журнале Physical Review Letters и доступно в виде препринтпредлагает такой независимый метод, почти полностью основанный на гравитационных волнах — тонкой ряби в ткани пространства-времени, предсказанной общей теорией относительности Эйнштейна.
«Этот результат очень важен», — соавтор исследования. Николя ЮнесОб этом заявил профессор астрофизики Университета Иллинойса Урбана-Шампейн. заявление. «Наш метод — это инновационный способ повысить точность выводов о постоянной Хаббла с использованием гравитационных волн».
Слушаю фоновый гул черных дыр
С 2015 года такие детекторы, как Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), интерферометр Virgo и детектор гравитационных волн Камиока (KAGRA), наблюдали десятки слияний отдельных черных дыр посредством гравитационных волн. Каждое слияние предоставляет информацию о массах Черные дыры и их расстояния от Земли.
Гравитационные волны возникают при столкновении двух массивных объектов, таких как черные дыры (показано здесь). Физики полагают, что Вселенная гудит от слабого фонового шума от бесчисленных столкновений черных дыр, которые слишком слабы, чтобы их можно было обнаружить — особенность, называемая фоном гравитационных волн. (Изображение предоставлено НАСА Годдард)
«Поскольку мы наблюдаем отдельные столкновения черных дыр, мы можем определить скорость этих столкновений, происходящих во Вселенной», — говорит ведущий автор исследования. Брайс Казинс– говорится в заявлении аспиранта Университета Иллинойса Урбана-Шампейн. «Исходя из этих показателей, мы ожидаем, что будет намного больше событий, которые мы не сможем наблюдать, и которые называются гравитационно-волновым фоном». Этот фон гравитационных волн, иногда описываемый как стохастический (или случайный) сигнал, представляет собой слабый коллективный эффект многочисленных далеких слияний. Его общая сила зависит от того, насколько быстро расширяется Вселенная. Более медленное расширение подразумевает большие космические объемы и, следовательно, большее количество слияний, способствующих фону.
«Это умная идея», — сказал Мингарелли. «Фон гравитационных волн — коллективный гул слияний далеких черных дыр, слишком слабый, чтобы его можно было обнаружить по отдельности, — зависит от скорости расширения. Более медленное расширение означает большие объемы, больше слияний и более громкий фон. Таким образом, даже необнаружение этого фона ставит в невыгодное положение низкие значения постоянной Хаббла».
Вам может понравиться
Используя текущие данные детекторов гравитационных волн, команда показала, что отсутствие обнаруженного фона уже исключает некоторые более низкие значения постоянной Хаббла. Хотя нынешние ограничения широки, метод устанавливает новую основу для космологических выводов.
Подход основан на концепции «стандартных сирен», в которой отдельные события гравитационных волн действуют как маркеры расстояния. Но вместо того, чтобы полагаться на отдельные яркие события, новый метод использует всю неразгаданную популяцию сталкивающихся черных дыр.
«Не каждый день придумывают совершенно новый инструмент для космологии», — соавтор исследования. Дэниел Вуд– сказал в своем заявлении профессор физики и астрономии Чикагского университета. «Мы показываем, что, используя фоновый гул гравитационных волн от слияния черных дыр в далеких галактиках, мы можем узнать о возрасте и составе Вселенной.
Иллюстрация гравитационных волн, испускаемых столкновением черной дыры. (Изображение предоставлено НАСА/К. Хенце)
«Это захватывающее и совершенно новое направление, и мы с нетерпением ждем возможности применить наши методы к будущим наборам данных, чтобы помочь ограничить постоянную Хаббла, а также другие ключевые космологические величины», — добавил Хольц.
Хотя новый метод многообещающий, Мингарелли также подчеркнул существующие ограничения. «Основная сила заключается в том, что это почти полностью основанное на гравитационных волнах измерение — независимое от электромагнитной лестницы расстояний и космического микроволнового фона», — сказал Мингарелли. «Ограничением является то, что неопределенности все еще велики, и результат зависит от предполагаемой модели популяции черных дыр. Но авторы откровенны в этом и показывают, что их выбор консервативен».
Заглядывая вперед, Ожидается, что модернизация детектора значительно улучшит чувствительность к фону гравитационных волн.
«При запланированной модернизации детектора фон должен быть обнаружен в течение нескольких лет, что превратит его из нижней границы в реальные измерения», — сказал Мингарелли.
В случае успеха этот метод стохастической сирены может стать новым мощным инструментом для исследования истории расширения Вселенной и для исследования того, сигнализирует ли Хаббловское натяжение о новой физике или о скрытых систематических ошибках в существующих измерениях.
Брайс Казинс, Кристен Шумахер, Адриан Ка-Вай Чанг, Колм Талбот, Томас Каллистер, Дэниел Э. Хольц, Николас Юнес. (2026). Стохастическая сирена: астрофизические гравитационно-волновые фоновые измерения постоянной Хаббла. Письма о физических отзывах.
Викторина по черной дыре: насколько сверхмассивны ваши знания о Вселенной?
#Совершенно #новый #инструмент #для #космологии #фон #гравитационных #волн #может #исправить #наше #сломанное #понимание #Вселенной
Ещё по этой теме
