Gravitationswellen können helfen, das kosmische Rätsel der universellen Expansion zu lösen

Messungen der Gravitationswellen in den kommenden Jahrzehnten werden die Debatte darüber, wie schnell sich das Universum ausdehnt, regeln, wie neue Forschungsergebnisse belegen.

Der Kosmos hat sich seit 13,8 Milliarden Jahren erweitert. Die derzeitige Expansionsrate, die als „Hubble-Konstante“ bezeichnet wird, gibt die seit dem Urknall verstrichene Zeit an.

Die beiden besten Methoden zur Messung der Hubble-Konstante - das Produkt der Arbeit von Edwin Hubble und Georges Lemaître in den 1920er Jahren und eine der wichtigsten Zahlen in der Kosmologie - haben jedoch widersprüchliche Ergebnisse. Dies deutet darauf hin, dass unser Verständnis der Struktur und Geschichte des Universums - des „kosmologischen Standardmodells“ - und seiner Expansionsrate möglicherweise falsch ist.

Künstlerische Darstellung einer Neutronensternfusion und der daraus resultierenden Welligkeiten im Zeit-Raum, die mit LIGO gemessen werden können

Hiranya Peiris, Mitautorin der UCL für Physik und Astronomie, sagt: „[Die Hubble-Konstante] ist für die Abschätzung der Krümmung des Weltraums und des Zeitalters des Universums sowie für die Erforschung seines Schicksals von entscheidender Bedeutung.

„Wir können die Hubble-Konstante mit zwei Methoden messen - mit einer, die Cepheidensterne und Supernovae im Lokaluniversum beobachtet, und mit einer zweiten, die kosmische Hintergrundstrahlung aus dem frühen Universum misst. Diese Methoden liefern jedoch nicht dieselben Werte Unser kosmologisches Standardmodell könnte fehlerhaft sein. “

Die Studie, die heute in Physical Review Letters von einem internationalen Team veröffentlicht wurde, zu dem Kosmologen des University College London (UCL) und des Flatiron Institute gehören, zeigt, wie neue unabhängige Daten von Gravitationswellen, die von 50 binären Neutronensternen, den sogenannten „Standardsirenen“, ausgesendet werden, die Lücke schließen die widersprüchlichen Messungen ein für alle Mal.

Dr. Stephen Feeney vom Center for Computational Astrophysics am Flatiron Institute in New York City, dem Hauptautor der Arbeit, sagt: „Wir haben berechnet, dass wir durch die Beobachtung von 50 binären Neutronensternen im nächsten Jahrzehnt genügend Gravitationswellendaten haben werden, um Bestimmen Sie unabhängig die beste Messung der Hubble-Konstante

"Wir sollten in der Lage sein, innerhalb von 5 bis 10 Jahren genügend Fusionen festzustellen, um diese Frage zu beantworten."

Feeney, Peiris und Kollegen entwickelten eine universell einsetzbare Technik, die berechnet, wie Gravitationswellendaten das Problem lösen.

Gravitationswellen werden emittiert, wenn sich zwei Neutronensterne spiralförmig aufeinander zubewegen, bevor sie in einem hellen Lichtblitz, der von Teleskopen erfasst werden kann, zusammenstoßen. UCL-Forscher haben im August 2017 das erste Licht eines Gravitationswellenereignisses nachgewiesen.

Ereignisse mit binären Neutronensternen sind selten, aber von unschätzbarem Wert, wenn es darum geht, die Expansion des Universums zu verfolgen. Die von ihnen emittierten Gravitationswellen verursachen zeitliche Wellen, die vom Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) und den Virgo-Experimenten erfasst werden können und eine genaue Messung der Entfernung des Systems von der Erde ermöglichen.

Durch zusätzliche Erfassung des Lichts der begleitenden Explosion können Astronomen die Geschwindigkeit des Systems bestimmen und daher die Hubble-Konstante nach dem Hubble-Gesetz berechnen.

Für diese Studie modellierten die Forscher, wie viele solcher Beobachtungen erforderlich wären, um das Problem der genauen Messung der Hubble-Konstante zu lösen.

Professor Peiris fasst zusammen: "Dies wird wiederum zu einem genauesten Bild der Expansion des Universums führen und uns helfen, das kosmologische Standardmodell zu verbessern."

Ursprüngliche Forschung: https://www.simonsfoundation.org/2019/02/14/neutron-stars-hubble-constant/