Quanto velocemente si sta espandendo il nostro universo?
La costante di Hubble è uno dei numeri più critici in cosmologia perché ci dice quanto velocemente si sta espandendo l'universo. Esistono diversi metodi per misurare questo tasso. Tuttavia, determinare l'accuratezza di questo numero è essenziale per comprendere meglio questioni fondamentali come l'età, la storia e la composizione dell'universo.
Il nuovo studio per due University of Chicago gli astrofisici offrono un modo per fare questo calcolo: usare coppie di buchi neri in collisione e quindi capire evoluzione dell'universo, di cosa è fatto e dove sta andando.
Secondo gli scienziati, la nuova tecnica soprannominata "sirena spettrale" potrebbe offrire informazioni sugli anni dell'"adolescenza" altrimenti sfuggenti dell'universo.
Di tanto in tanto, due buchi neri si scontrano. Questo evento è così potente che crea a increspatura spazio-temporale che viaggia attraverso l'universo. Queste increspature sono anche conosciute come onde gravitazionali.
L'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser statunitense (LIGO) e l'osservatorio italiano Virgo possono cogliere queste increspature qui sulla Terra. Negli ultimi anni, LIGO e Virgo hanno raccolto le letture di quasi 100 paia di buchi neri in collisione.
Il segnale di ogni collisione contiene informazioni su quanto erano enormi i buchi neri. Ma il segnale ha viaggiato attraverso lo spazio e durante quel periodo l'universo si è espanso, il che cambia le proprietà del segnale.
L'astrofisico di Chicago Daniel Holz, uno dei due autori dell'articolo, ha dichiarato: "Ad esempio, se prendessi un buco nero e lo mettessi prima nell'universo, il segnale cambierebbe e sembrerebbe un buco nero più grande di quello che è."
Determinare un modo per stimare come quel segnale è cambiato potrebbe aiutare gli scienziati a calcolare il tasso di espansione dell'universo. Tuttavia, il problema è la calibrazione: come fanno a sapere quanto è cambiato rispetto all'originale?
In questo nuovo studio, gli scienziati suggeriscono di poter utilizzare le nuove conoscenze sull'intera popolazione di buchi neri come strumento di calibrazione. Ad esempio, le prove attuali indicano che la maggior parte dei buchi neri rilevati ha tra le cinque e le 40 volte la massa del nostro sole.
Il primo autore Jose María Ezquiaga, un borsista post-dottorato Einstein della NASA e un borsista del Kavli Institute for Cosmological Physics che lavora con Holz a UChicago, ha dichiarato: “Quindi misuriamo le masse dei buchi neri vicini e comprendiamo le loro caratteristiche, quindi guardiamo più lontano e vediamo quanto sembrano essersi spostati quelli più lontani. E questo ti dà una misura dell'espansione dell'universo".
Gli scienziati sono entusiasti perché in futuro, con l'espansione delle capacità di LIGO, il metodo potrebbe fornire una finestra unica sugli anni "adolescenziali" dell'universo, circa 10 miliardi di anni fa, che sono difficili da studiare con altri metodi.
Gli autori hanno notato, "L'altro vantaggio di questo metodo è che le lacune nelle nostre conoscenze scientifiche creano meno incertezze. Il metodo può calibrarsi utilizzando l'intero popolazione di buchi neri, identificando e correggendo direttamente gli errori. Gli altri metodi utilizzati per calcolare la costante di Hubble si basano sulla nostra attuale comprensione della fisica delle stelle e delle galassie, che implica molta fisica e astrofisica complicate. Ciò significa che le misurazioni potrebbero essere leggermente sfasate se c'è qualcosa che non sappiamo ancora".
“Al contrario, questo nuovo metodo del buco nero si basa quasi esclusivamente su La teoria della gravità di Einstein, che è ben studiato e si è opposto a tutti i modi in cui gli scienziati hanno provato a testarlo fino ad ora".
Legno disse, “Più letture avranno da tutti i buchi neri, più accurata sarà questa calibrazione. Abbiamo preferibilmente bisogno di migliaia di questi segnali, che dovremmo avere in pochi anni, e anche di più nei prossimi dieci o due anni. A quel punto, sarebbe un metodo incredibilmente potente per conoscere l'universo".
Riferimento della Gazzetta:
- Jose María Ezquiaga e Daniel E. Holz. Sirene spettrali: cosmologia dalla distribuzione di massa completa di binari compatti. Fis. Rev. Lett. 129, 061102 – Pubblicato il 3 agosto 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
