• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ny metod kan lösa svårigheterna med att mäta universums expansion

    Konstnärens intryck av explosionen och explosionen av gravitationsvågor som sänds ut när ett par supertäta neutronstjärnor kolliderar. Nya observationer med radioteleskop visar att sådana händelser kan användas för att mäta universums expansionshastighet. Kredit:NRAO/AUI/NSF

    Astronomer som använder National Science Foundation (NSF) radioteleskop har visat hur en kombination av gravitationsvåg och radioobservationer, tillsammans med teoretisk modellering, kan förvandla sammanslagningarna av par av neutronstjärnor till en "kosmisk linjal" som kan mäta universums expansion och lösa en enastående fråga om dess hastighet.

    Astronomerna använde NSF:s Very Long Baseline Array (VLBA), Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) och Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) för att studera efterdyningarna av kollisionen mellan två neutronstjärnor som producerade gravitationsvågor som upptäcktes 2017. Denna händelse erbjöd ett nytt sätt att mäta universums expansionshastighet, känd av forskare som Hubble-konstanten. Universums expansionshastighet kan användas för att bestämma dess storlek och ålder, samt fungera som ett viktigt verktyg för att tolka observationer av objekt på andra håll i universum.

    Två ledande metoder för att bestämma Hubble-konstanten använder egenskaperna hos den kosmiska mikrovågsbakgrunden, den överblivna strålningen från Big Bang, eller en specifik typ av supernovaexplosioner, kallas typ Ia, i det avlägsna universum. Dock, dessa två metoder ger olika resultat.

    "Neutronstjärnans sammanslagning ger oss ett nytt sätt att mäta Hubble-konstanten, och förhoppningsvis lösa problemet, " sa Kunal Mooley, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) och Caltech.

    Tekniken liknar den som använder supernovaexplosioner. Typ Ia supernovaexplosioner tros alla ha en inneboende ljusstyrka som kan beräknas baserat på den hastighet med vilken de ljusnar och sedan bleknar bort. Att mäta ljusstyrkan sett från jorden berättar sedan avståndet till supernovaexplosionen. Att mäta dopplerskiftet av ljuset från supernovans värdgalax indikerar hastigheten med vilken galaxen drar sig tillbaka från jorden. Hastigheten delat med avståndet ger Hubble-konstanten. För att få en korrekt siffra, många sådana mätningar måste göras på olika avstånd.

    När två massiva neutronstjärnor kolliderar, de producerar en explosion och en explosion av gravitationsvågor. Formen på gravitationsvågssignalen talar om för forskarna hur "ljus" denna burst av gravitationsvågor var. Mätning av "ljusstyrkan, " eller intensiteten hos gravitationsvågorna som tas emot på jorden kan ge avståndet.

    Radioobservationer av en materialstråle som kastades ut i efterdyningarna av sammanslagning av neutron-stjärnor var nyckeln till att astronomerna kunde bestämma orienteringen av stjärnornas omloppsplan innan de gick samman, och därmed "ljusstyrkan" hos gravitationsvågorna som emitteras i riktning mot jorden. Detta kan göra sådana händelser till ett viktigt nytt verktyg för att mäta universums expansionshastighet. Kredit:Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

    "Detta är ett helt oberoende mätmedel som vi hoppas kan klargöra vad det verkliga värdet av Hubble-konstanten är, " sa Mooley.

    Dock, det finns en twist. Intensiteten hos gravitationsvågorna varierar med deras orientering i förhållande till de två neutronstjärnornas omloppsplan. Gravitationsvågorna är starkare i riktningen vinkelrät mot omloppsplanet, och svagare om orbitalplanet är kantrikt sett från jorden.

    "För att använda gravitationsvågorna för att mäta avståndet, vi behövde veta den inriktningen, sa Adam Deller, vid Swinburne University of Technology i Australien.

    Under en period av månader, astronomerna använde radioteleskopen för att mäta rörelsen hos en supersnabb stråle av material som kastades ut från explosionen. "Vi använde dessa mätningar tillsammans med detaljerade hydrodynamiska simuleringar för att bestämma orienteringsvinkeln, vilket gör det möjligt att använda gravitationsvågorna för att bestämma avståndet, " sa Ehud Nakar från Tel Aviv University.

    Kollisionen av två neutronstjärnor (GW170817) kastade ut ett extraordinärt eldklot av material och energi som gör att ett Princeton-ledda team av astrofysiker kan beräkna Hubble-konstanten, hastigheten på universums expansion. De använde en superhögupplöst radio-"film" (vänster) som de jämförde med en datormodell (höger). För att skapa sin "film, ' forskarteamet kombinerade data från tillräckligt många radioteleskop spridda över ett tillräckligt stort område för att generera en bild med så hög upplösning att om det vore en optisk kamera, den kunde se enskilda hårstrån på någons huvud 6 miles bort. Filmen betonar observationer gjorda 75 dagar och 230 dagar efter sammanslagningen. Den mittersta panelen visar ljuskurvan för radions efterglöd. Kredit:Ore Gottlieb och Ehud Nakar, Tel Avivs universitet

    Denna enda mätning, av en händelse omkring 130 miljoner ljusår från jorden, ännu inte är tillräckligt för att lösa osäkerheten, forskarna sa, men tekniken nu kan tillämpas på framtida neutron-stjärna sammanslagningar som upptäcks med gravitationsvågor.

    "Vi tror att ytterligare 15 sådana händelser som kan observeras både med gravitationsvågor och i stor detalj med radioteleskop, kanske kan lösa problemet, " sa Kenta Hotokezaka, från Princeton University. "Detta skulle vara ett viktigt framsteg i vår förståelse av en av de viktigaste aspekterna av universum, " han lade till.

    Det internationella forskarteamet som leds av Hotokezaka rapporterar sina resultat i tidskriften Natur astronomi .


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com