Почти ничто не может избежать сильного гравитационного притяжения черной дыры, но теперь ученые планируют использовать столкновения черных дыр, чтобы понять возраст Вселенной и ее эволюцию.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, астрофизики Чикагского университета разработали метод использования пар сталкивающихся черных дыр для измерения того, насколько быстро расширяется Вселенная, а вместе с ней и как она развивалась и куда движется. Ученые особенно заинтересованы в использовании новой техники «спектральной сирены», чтобы узнать больше о «подростковых годах» Вселенной.
Иногда две черные дыры врезаются друг в друга в захватывающих столкновениях. Такие мощные события посылают пространственно-временную рябь по всей Вселенной. Эти пульсации, называемые гравитационными волнами, могут быть обнаружены наземными обсерваториями, такими как Американская лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория и итальянская Дева обсерватория.
Сигнал от этих столкновений содержит важную информацию о размере черных дыр. Но поскольку этот сигнал распространяется на огромные расстояния в космосе, расширение Вселенной меняет ее свойства. «Например, если вы возьмете черную дыру и поместите ее во Вселенной раньше, сигнал изменится, и она будет выглядеть как большая черная дыра, чем она есть на самом деле», — объяснил астрофизик Дэниел Хольц, один из двух авторов статьи. Об этом говорится в заявлении для прессы UChicago.
Ученым нужно найти способ измерить, как изменились эти сигналы, и это могло бы помочь им рассчитать скорость расширения Вселенной. Проблема заключается в понимании того, насколько сигнал изменился по сравнению с исходным.
Текущие данные свидетельствуют о том, что большинство обнаруженных нами черных дыр имеют массу от 5 до 40 масс нашего Солнца. Хольц и первый автор Хосе Мария Эскиага планируют использовать это и другие новые знания о популяции черных дыр в качестве калибровочного инструмента.
По мере расширения возможностей LIGO и других интерферометрических обсерваторий они смогут наблюдать «более слабые» гравитационные волны. Это приводит ученых в восторг, потому что эти данные в сочетании с методом тихой сирены потенциально могут дать уникальное представление о том, что называется «подростковыми годами»: период около 10 миллиардов лет назад. Это интересно, потому что этот конкретный период трудно изучать с помощью современных методологий.
Астрофизики могут использовать космическое микроволновое фоновое излучение, чтобы заглянуть в самые ранние моменты Вселенной. Они также могут осмотреть галактики вблизи нашего Млечного Пути, чтобы изучить новейшую историю Вселенной. Но именно промежуточный период является крепким орешком.
«Примерно в то время мы переключились с темной материи, являющейся преобладающей силой во Вселенной, на темную энергию, и мы очень заинтересованы в изучении этого критического перехода», — сказал Эскиага в заявлении для прессы.
По словам Хольца, новый метод может стать «невероятно мощным методом» изучения Вселенной, если его можно будет использовать с данными о тысячах таких сигналов.
