Физики, возможно, получили совершенно новый способ измерения скорости расширения Вселенной — одной из самых больших неразгаданных загадок космологии — используя пространственно-временные ряби, предсказанные Эйнштейном.
Новое исследование предполагает, что слабый фон гравитационных волн, создаваемый многочисленными сливающимися черными дырами во Вселенной, может быть использован для независимого измерения скорости расширения пространства. Даже без прямого обнаружения этого фонового «гула» исследователи показывают, что он уже накладывает ограничения на постоянную Хаббла — ключевую величину, лежащую в основе одной из самых больших загадок современной космологии.
Если это подтвердится, данная методика сможет положить конец спорам о том, нужно ли нам придумывать новые физические законы для объяснения природы Вселенной.
Скорость расширения Вселенной, закодированная в постоянной Хаббла, в последние годы стала предметом интенсивных дискуссий. Измерения, основанные на данных о ранней Вселенной, такие как данные, полученные из остаточного излучения Большого взрыва (известного как космическое микроволновое фоновое излучение), не совпадают с измерениями, полученными на основе данных о более близких объектах, таких как мерцающие сверхновые и галактики. Это расхождение, известное как «натяжение Хаббла», в настоящее время достигло высокой статистической значимости.
«Проблема Хаббла — одна из важнейших нерешенных проблем в космологии. Измерения скорости расширения Вселенной в ранней и поздней эпохах расходятся более чем на 5 сигма [золотой стандарт статистической значимости в физике], и мы не знаем почему. Либо существует неустановленная систематическая ошибка, либо новая физика. Любое действительно независимое измерение скорости расширения чрезвычайно ценно», - объясняют ученые.
Новое исследование, принятое к публикации в журнале Physical Review Letters и доступное в виде препринта, предлагает такой независимый метод, основанный почти исключительно на гравитационных волнах — едва заметных рябьх в ткани пространства-времени, предсказанных теорией общей относительности Эйнштейна.
«Этот результат очень важен», — говорит соавтор исследования профессор Николас Юнес из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. «Наш метод — это инновационный способ повышения точности определения постоянной Хаббла с помощью гравитационных волн».
Начиная с 2015 года, такие детекторы, как Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), интерферометр Virgo и детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA), наблюдали десятки отдельных слияний черных дыр посредством гравитационных волн. Каждое слияние предоставляет информацию о массах участвующих черных дыр и их расстояниях от Земли.
Иллюстрация, изображающая четкие рябь на звездном коричнево-белом фоне с синей и красной точкой в центре, представляющей собой слияние двух черных дыр.
«Поскольку мы наблюдаем отдельные столкновения черных дыр, мы можем определить частоту этих столкновений во Вселенной», — говорит ведущий автор исследования Брайс Казинс из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. «На основе этих показателей мы ожидаем, что существует гораздо больше событий, которые мы не можем наблюдать, и которые называются гравитационно-волновым фоном». Этот гравитационно-волновой фон, иногда описываемый как стохастический (или случайный) сигнал, представляет собой слабый, коллективный эффект многочисленных слияний на далеких галактиках. Его общая интенсивность зависит от скорости расширения Вселенной. Более медленное расширение подразумевает больший объем Вселенной и, следовательно, большее количество слияний, вносящих вклад в фоновый сигнал.
«Это остроумная идея, — сказал Мингарелли. — Фоновый гравитационный шум — коллективное гудение слияний далёких чёрных дыр, слишком слабое для обнаружения по отдельности, — зависит от скорости расширения. Более медленное расширение означает большие объёмы, больше слияний и более громкий фон. Поэтому даже отсутствие обнаружения этого фона противоречит низким значениям постоянной Хаббла».
Используя текущие данные детекторов гравитационных волн, команда показала, что отсутствие обнаруженного фонового излучения уже исключает некоторые более низкие значения постоянной Хаббла. Хотя существующие ограничения достаточно широки, этот метод создает новую основу для космологических выводов.
Предложенный подход основан на концепции «стандартных сирен», в которых отдельные события, связанные с гравитационными волнами, выступают в качестве маркеров расстояния. Но вместо того, чтобы полагаться на отдельные яркие события, новый метод использует всю неразрешенную популяцию сталкивающихся черных дыр.
«Не каждый день удается найти совершенно новый инструмент для космологии», — объясняет соавтор исследования профессор Даниэль Хольц из Чикагского университета. «Мы показали, что, используя фоновый шум гравитационных волн от слияния черных дыр в далеких галактиках, мы можем узнать о возрасте и составе Вселенной».
«Это захватывающее и совершенно новое направление, и мы с нетерпением ждем возможности применить наши методы к будущим наборам данных, чтобы помочь уточнить постоянную Хаббла, а также другие ключевые космологические величины», — добавил Хольц.
Хотя новый метод выглядит многообещающим, Мингарелли также подчеркнул существующие ограничения. «Главное преимущество заключается в том, что это измерение почти полностью основано на гравитационных волнах — независимо от электромагнитной шкалы расстояний и космического микроволнового фона», — сказал Мингарелли. «Ограничение состоит в том, что неопределенности все еще велики, и результат зависит от предполагаемой модели популяции черных дыр. Но авторы открыто говорят об этом и показывают, что их выбор является консервативным».
В перспективе ожидается, что модернизация детекторов значительно повысит чувствительность к фоновому излучению гравитационных волн.
«Благодаря запланированной модернизации детекторов, фоновый шум должен быть обнаружен в течение нескольких лет, что превратит нижнюю границу в реальное измерение», — сказал Мингарелли.
В случае успеха этот стохастический метод «сирены» может стать мощным новым инструментом для исследования истории расширения Вселенной и для выяснения того, сигнализирует ли напряжение Хаббла о новой физике или о скрытых систематических ошибках в существующих измерениях.
Nature Medicine: Выявлено неожиданное влияние менструального цикла на организм
Ученым Орхусского университета впервые удалось показать, что менструальный цикл воздействует на широкий спектр белков в организмах женщины. Работу опубликовали в журнале Nature Medicine. До этого времени такие исследования были ограничены…
Первобытные люди превратили скалы в конвейеры по изготовлению орудий труда
Примерно 220 000 лет назад группа охотников-собирателей собралась вокруг обнажения сланца в восточных степях Южной Африки. Рядом протекала река Джоджоси, и местные жители умело ударяли друг о друга камни, постепенно…
Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель
Новое исследование тайваньских специалистов даёт шанс людям, страдающим от резкого выпадения волос. В составе их инновационного средства - кофеин, пантенол и растительные везикулы, рассказал ресурс medrxiv.org. Каждый из участников эксперимента…
МО: за ночь над регионами России сбили 154 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 154 украинских БПЛА над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Беспилотники атаковали промышленные предприятия в Новокуйбышевске Самарской области. Предварительно, есть пострадавшие, погиб человек. Также есть…
Гладков: в Белгородской области при атаке FPV-дрона ВСУ погиб мужчина
Вооруженные силы Украины с помощью FPV-дрона атаковали территорию частного домовладения в Белгородской области, погиб мужчина, ранения получил его отец. Об этом сообщил губернатор Вячеслав Гладков в своем Telegram-канале. "В селе…
Мирошник: в первой четверти 2026 года ежедневно подвергались атакам БПЛА 19 россиян
Ежедневно около 19 мирных жителей России в первой четверти 2026 года попадали под удары украинских дронов. Об этом заявил посол по особым поручениям МИД РФ по вопросам преступлений киевского режима…
Германия бросает свой автопром в печь милитаризации
Поиск путей выхода из экономического кризиса вывел Германию на рельсы милитаризации: ради наращивани...
Осьминоги-кракены размером с грузовик рыскали по древним морям
Рассказы о морских чудовищах с щупальцами, достаточно большими, чтобы затопить корабли, долгое время...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".