Расширение Вселенной измерят по космическому гулу
Группа физиков из Иллинойса и Чикаго предложила интересный способ заглянуть в самые глубины космоса и, возможно, наконец разрешить затянувшийся спор о том, с какой скоростью расширяется Вселенная. Вместо того чтобы рассматривать отдельные всплески гравитационных волн, они предлагают прислушаться к их общему фоновому гулу — и этот гул уже сейчас позволяет отсеивать неверные теории, пишет Science Daily.
Постоянная Хаббла — фундаментальная космологическая величина, показывающая, с какой скоростью разлетаются галактики. Проблема в том, что два главных способа ее измерения дают разные результаты. Один метод, по реликтовому излучению ранней Вселенной, выдает одно число. Другой, по наблюдениям за современными звездами и галактиками, дает иной результат — расхождение называют «напряжением Хаббла». Если это не ошибка измерений, значит, мы чего-то не понимаем в устройстве мироздания — например, в поведении темной энергии или темной материи.
По классике астрономы ищут объекты с известной светимостью (например, сверхновые типа Ia) и по тому, насколько тусклыми они кажутся, вычисляют расстояние. Зная расстояние и скорость разбегания (красное смещение), получают скорость расширения.
Второй путь — гравитационные волны, рябь пространства-времени от слияния черных дыр. Такие события называют «стандартными свечами». По форме волны можно определить расстояние до источника. Но вот беда: чтобы узнать скорость удаления, нужно еще и понять, в какой галактике это произошло, а это удается далеко не всегда.
Невидимые слияния
Авторы новой работы — Николас Юнес, Брайс Казинс и их коллеги — пошли другим путем. Они рассуждали так: детекторы LIGO и Virgo ловят лишь самые мощные слияния черных дыр. Но таких событий во Вселенной происходит гораздо больше — просто они слишком слабы, чтобы их увидеть поодиночке. Все вместе они создают постоянный фоновый шум, гравитационно-волновой «гул».
Оказалось, что уровень этого гула напрямую зависит от постоянной Хаббла. Если Вселенная расширяется медленно, то наблюдаемый объем пространства меньше, черные дыры сосредоточены плотнее, и фоновый сигнал должен быть сильнее. Если же расширение быстрое — объем больше, источники разбросаны, фон тише. Авторы назвали подход «методом стохастической (случайной) сирены» — ведь мы имеем дело с усредненным сигналом от множества случайных событий.
Ученые применили свою идею к уже имеющимся данным детекторов LVK. Даже не обнаружив сам фоновый сигнал (он пока слишком слаб), они смогли исключить самые низкие значения постоянной Хаббла — те, при которых фон был бы уже заметен. А комбинируя новый метод с обычными наблюдениями отдельных слияний, они получили более точную оценку, чем любым из методов по отдельности.
Чувствительность детекторов растет. Ожидается, что в ближайшие шесть лет фоновый гравитационно-волновой гул будет зарегистрирован напрямую. И тогда метод «стохастической сирены» заработает в полную силу. Как отмечает Дэниел Холц из Чикагского университета, это совершенно новый инструмент для космологии, который позволит не только уточнить постоянную Хаббла, но и проверить теории о составе и возрасте Вселенной.
