Nová metoda navržená pro měření expanze vesmíru

Vědci z Mezinárodního centra pro teoretické vědy v Bengaluru navrhli metodu měření rychlosti rozpínání vesmíru pomocí gravitačních vln ze splynutí párů černých děr. S využitím pokročilých detektorů gravitačních vln plánují zkoumat opakované slučování černých děr a zpoždění mezi nimi, aby vypočítali rychlost expanze, aniž by potřebovali přesné informace o galaxiích nebo párech černých děr, kterých se to týká.

V roce 1929 astronomové zjistili, že galaxie se pohybují od nás i od sebe navzájem. Toto pozorování interpretovali tak, že se vesmír rozpíná. Když však měřili, jak rychle se rozšiřuje, dostali různé odpovědi pomocí různých metod. Rozdíl je nadále trnem v jejich popisu rozpínajícího se vesmíru. Potenciální řešení navrhl výzkumný tým vedený Souvik Janou z Mezinárodního centra pro teoretické vědy v Bengaluru. Jejich článek byl nedávno publikovaný ve Physical Review Letters.

Řešení závisí na studiu gravitačních vln, vlnění v časoprostoru, které astronomové poprvé detekovali v roce 2015. Tým studoval, jak gravitační vlny ovlivňuje samotná gravitace. Když se páry černých děr spojí do jediné černé díry v kosmickém tanci, vyzařují gravitační vlny. Když se dostanou k Zemi, kilometry dlouhé detektory pomáhají vědcům studovat vlastnosti párů černých děr. Masivní galaxie okupující prostor mezi černými dírami a Zemí mění dráhy těchto časoprostorových vln, což vede k tomu, že detektory zaznamenávají více kopií stejných vln. Astronomové tento jev nazývají gravitační čočka.

„Pozorujeme gravitační čočky již více než století,“ řekl Parameswaran Ajith, spoluautor studie. „Očekáváme první pozorování gravitačních pomocí gravitační čočky vln v příštích několika letech!“

V příštích dvou desetiletích začnou vědci používat pokročilé detektory gravitačních vln při hledání spojujících se černých děr. „Budoucí detektory budou schopny vidět na mnohem větší vzdálenosti než ty stávající,“ vysvětlil Shasvath J. Kapadia z Meziuniverzitního centra pro astronomii a astrofyziku v Pune, jeden ze spoluautorů studie. Tejaswi Venumadhav z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, další spoluautor, řekl, že budou schopni detekovat slabší signály gravitačních vln, které se ztrácejí v šumu ovlivňujícím současné detektory.

Astronomové odhadují, že pokročilé detektory zaznamenají signály z několika milionů párů černých děr, z nichž každý se spojí a vytvoří velkou černou díru. Mezi nimi se asi 10 000 sloučení černých děr objeví více než jednou ve stejném detektoru díky gravitační čočce.

Tým vedený Souvikem prokázal, že spočítáním počtu takových opakovaných sloučení černých děr a studiem zpoždění mezi nimi můžeme měřit rychlost rozpínání vesmíru. Jak data z pokročilých detektorů gravitačních vln v průběhu příštích dvou dekád budou přibývat, jejich metoda může potenciálně přesně měřit rychlost rozpínání vesmíru.

Návrh týmu, řekl Souvik, nevyžaduje znát vlastnosti jednotlivých galaxií, které vytvářejí mnohonásobné kopie gravitačních vln v podobě gravitační čočky, vzdálenosti párů černých děr nebo dokonce jejich přesnou polohu na obloze. Místo toho to vyžaduje pouze přesnou metodu, jak zjistit, které signály jsou ovlivněny gravitační čočkou. Vědci zlepšují své techniky k identifikaci opakujících se signálů, dodává Shasvath. Gravitační čočka vyžaduje, aby byl astronomický zdroj daleko. Páry černých děr splňující toto kritérium, které má původ před 13,3 miliardami let, tedy sotva 500 milionů let po zrození vesmíru.

Shasvath varuje, že jejich navrhovaná metoda bude užitečná pouze tehdy, když pokročilé detektory zaznamenají miliony sloučení černých děr. V současné době tým studuje, jak bude takové budoucí pozorování schopno rozlišit různé modely vesmíru, které navrhli kosmologové.

Tým vysvětlil, že modely se pokoušejí vyřešit záhady nepolapitelné temné hmoty, tj. formy hmoty, která neinteraguje se světlem. Hypotéza temné hmoty řeší problém astronomů vysvětlit, proč mají galaxie pozorovanou hmotnost. Vědci si však stále nejsou jisti vlastnostmi temné hmoty, což vede k různým modelům temné hmoty.

Pokračující výzkum týmu naznačuje, že budoucí pozorování čočkovitých gravitačních vln poslouží jako nástroj ke studiu vlastností temné hmoty.

Zdroj: https://scitechdaily.com/unraveling-cosmic-mysteries-new-method-proposed-for-measuring-universe-expansion/

autor: František Martinek