En supernovaexplosion och fluktuationer i rymdtid genererade genom sammanslagningen av två neutronstjärnor har hjälpt forskare att mäta universums expansionshastighet exakt. Framtida mätningar av detta slag kommer att hjälpa till att lösa kosmologins huvudparadox, säger forskare i tidskriften Nature Astronomy.
Redan 1929 bevisade den berömda astronomen Edwin Hubble att vårt universum inte står stilla utan gradvis expanderar. I slutet av förra seklet upptäckte astrofysiker, iakttagande av supernovor av typ I, att den inte expanderar med en konstant hastighet, utan med acceleration. Anledningen till detta idag anses vara "mörk energi" - ett mystiskt ämne som gör att rymden sträcker sig snabbare och snabbare.
I juni 2016 beräknade Nobelpristagaren Adam Riess och hans kollegor, som upptäckte detta fenomen, den exakta hastigheten för universum i dag med variabla Cepheid-stjärnor i Vintergatan och angränsande galaxer, avståndet till vilket kan beräknas med ultrahög precision.
Denna förfining gav ett extremt oväntat resultat - det visade sig att två galaxer, åtskilda med ett avstånd på cirka 3 miljoner ljusår, sprids med en hastighet av cirka 73 kilometer per sekund. I år publicerade de uppdaterade resultat från observationer, där detta värde blev ännu högre - 74 kilometer per sekund.
De nya mätningarna av Riesz och hans kollegor visade sig vara nästan 10% högre än de uppgifter som erhölls med hjälp av WMAP och Planck kretsande teleskop - 69 kilometer per sekund, och det kan inte förklaras med hjälp av våra nuvarande idéer om arten av mörk energi och mekanismen för universums födelse.
Dessa skillnader har fått kosmologer att tänka på två möjliga sätt att förklara denna avvikelse. Å ena sidan är det mycket möjligt att mätningarna av Planck eller Riesz och hans kollegor är felaktiga eller ofullständiga. Å andra sidan är det ganska tillåtet att ett tredje "mörkt" ämne, annorlunda från mörk materia och energi, kan existera i det tidiga universum, liksom att det senare skulle kunna vara instabilt och gradvis förfalla.
Kenta Hotokezaka från Princeton University (USA) och hans kollegor gjorde detta problem ännu mer akut och kontroversiell genom att göra de första relativt noggranna mätningarna av universums expansionshastighet med hjälp av LIGO gravitationsobservatoriet och ett antal "konventionella" optiska teleskoper.
De första mätningarna av detta slag, som astrofysikerna konstaterar, gjorde forskare i slutet av 2017, då LIGO spelade in en brist som genererades genom sammanslagningen av två neutronstjärnor och hundratals markbaserade och rymdteleskop kunde lokalisera sin källa i galaxen NGC 4993 i konstellationen Hydra.
Kampanjvideo:
De första LIGO-mätningarna var nära de data som Riesz-teamet erhöll, vilket många forskare ansåg ytterligare bevis på att universumets expansionshastighet kunde förändras markant. Hotokezaka och hans kollegor har funnit att detta inte nödvändigtvis är fallet genom att spåra inte bara gravitationsvågor, utan också ljusblixten och frisläppandet av material som genereras av denna katastrof.
I dessa observationer fick forskare hjälp av det faktum att denna ström av glödande plasma, en stråle på fysikernas språk, inte riktades direkt mot jorden, utan något bort från den. Tack vare detta verkar det för observatörer på vår planet att den rör sig ungefär fyra gånger snabbare än ljusets hastighet, "kränker" relativitetsteorin, som en solstråle eller en skugga.
Denna egenskap av utsläpp, i kombination med mätningar av jetens "tjocklek" vid dess startpunkt, gör det möjligt att mycket exakt bestämma vilken riktning den riktades i förhållande till jorden och mäta dess hastighet. Alla dessa data tillåter i sin tur att ange avståndet till gravitationsvågens källa och mer exakt beräkna hur mycket de "sträckte" under resan från galaxen NGC 4993 till jorden.
Sådana förbättringar, som Hotokezaka konstaterar, väckte en stor överraskning - värdet på Hubble-konstanten blev närmare inte mätningarna av Riesz och hans kollegor, utan resultaten från Planck och andra teleskop som observerade mikrotekot av Big Bang.
Å ena sidan kan detta verkligen innebära att Nobelpristagaren och hans kollegor har fel, men å andra sidan är noggrannheten i "gravitationsmätningar" fortfarande märkbart lägre - den är ungefär 7% än för dessa och andra deltagare av denna universella tvist (mindre än 2%). De nuvarande resultaten, betonar forskaren, motsvarar båda teorierna, men situationen kommer att förändras inom en mycket nära framtid.
Enligt de nuvarande uppskattningarna av de vetenskapliga teamen i LIGO och dess italienska "kusin" ViRGO, båda gravitationsobservatorierna bör hitta cirka tio sådana händelser per år. Därför kan vi hoppas att observationer av neutronstjärnor kommer att hjälpa oss att på ett entydigt sätt ta reda på om det finns en "ny fysik" i utbyggnaden av universum eller inte, konstaterar författarna till artikeln.
