Mätningar av gravitationsvågor från cirka 50 binära neutronstjärnor under det kommande decenniet kommer definitivt att lösa en intensiv debatt om hur snabbt vårt universum expanderar, enligt resultat från ett internationellt team som inkluderar University College London (UCL) och Flatiron Institute kosmologer.

Kosmos har expanderat i 13,8 miljarder år. Dess nuvarande expansionstakt, känd som "Hubbles konstant, " anger tiden som förflutit sedan Big Bang.

Dock, de två bästa metoderna som används för att mäta Hubble-konstanten har motstridiga resultat, vilket antyder att vår förståelse av universums struktur och historia – den "standardiserade kosmologiska modellen" – kan vara felaktig.

Studien, publiceras idag i Fysiska granskningsbrev , visar hur nya oberoende data från gravitationsvågor som sänds ut av binära neutronstjärnor som kallas "standardsirener" kommer att bryta dödläget mellan de motstridiga mätningarna en gång för alla.

"Vi har beräknat att genom att observera 50 binära neutronstjärnor under det kommande decenniet, vi kommer att ha tillräckligt med gravitationsvågdata för att självständigt bestämma den bästa mätningen av Hubble-konstanten, " sade huvudförfattaren Dr. Stephen Feeney från Center for Computational Astrophysics vid Flatiron Institute i New York City. "Vi borde kunna upptäcka tillräckligt många sammanslagningar för att svara på den här frågan inom fem till 10 år."

Hubble-konstanten, produkten av arbete av Edwin Hubble och Georges Lemaître på 1920-talet, är ett av de viktigaste talen inom kosmologi. Konstanten "är väsentlig för att uppskatta rymdens krökning och universums ålder, samt utforska dess öde, " sa studiens medförfattare UCL professor i fysik och astronomi Hiranya Peiris.

"Vi kan mäta Hubble-konstanten genom att använda två metoder - den ena observerar Cepheidstjärnor och supernovor i lokaluniversum, och en andra med mätningar av kosmisk bakgrundsstrålning från det tidiga universum – men dessa metoder ger inte samma värden, vilket innebär att vår vanliga kosmologiska modell kan vara felaktig."

Feeney, Peiris och kollegor utvecklade en universellt användbar teknik som beräknar hur gravitationsvågdata kommer att lösa problemet.

Gravitationsvågor sänds ut när binära neutronstjärnor går i spiral mot varandra innan de kolliderar i en stark ljusblixt som kan detekteras av teleskop. UCL-forskare var involverade i att detektera det första ljuset från en gravitationsvågshändelse i augusti 2017.

Binära neutronstjärnehändelser är sällsynta, men de är ovärderliga för att tillhandahålla en annan väg för att spåra hur universum expanderar. Gravitationsvågorna de sänder ut orsakar krusningar i rum-tid som kan detekteras av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och Jungfru-experimenten, ger ett exakt mått på systemets avstånd från jorden.

Genom att dessutom detektera ljuset från den medföljande explosionen, astronomer kan bestämma systemets hastighet, och beräkna därför Hubble-konstanten med hjälp av Hubbles lag.

För denna studie, forskarna modellerade hur många sådana observationer som skulle behövas för att lösa problemet med att mäta Hubble-konstanten exakt.

"Detta i sin tur kommer att leda till den mest exakta bilden av hur universum expanderar och hjälpa oss att förbättra den vanliga kosmologiska modellen, avslutade professor Peiris.