Supernovas sprādziens un telpas un laika svārstības, ko rada divu neitronu zvaigžņu apvienošanās, zinātniekiem palīdzēja precīzi izmērīt Visuma izplešanās ātrumu. Turpmākie šāda veida mērījumi palīdzēs atrisināt galveno kosmoloģijas paradoksu, zinātnieki saka žurnālā Nature Astronomy.
Slavenais astronoms Edvīns Habls jau 1929. gadā pierādīja, ka mūsu Visums nestāv uz vietas, bet pakāpeniski paplašinās. Pagājušā gadsimta beigās astrofiziķi, novērojot I tipa supernovas, atklāja, ka tā izplešas nevis ar nemainīgu ātrumu, bet ar paātrinājumu. Iemesls tam šodien tiek uzskatīts par "tumšo enerģiju" - noslēpumainu vielu, kas liek kosmosa laikam izstiepties ātrāk un ātrāk.
Nobela prēmijas laureāts Ādams Riess un viņa kolēģi, kas atklāja šo parādību, 2016. gada jūnijā aprēķināja precīzu Visuma izplešanās ātrumu šodien, izmantojot Piena ceļa un kaimiņu galaktiku mainīgās Cepheid zvaigznes, attālumu līdz kuram var aprēķināt ar ļoti augstu precizitāti.
Šis uzlabojums deva ārkārtīgi negaidītu rezultātu - izrādījās, ka divas galaktikas, kuras atdalītas apmēram 3 miljonu gaismas gadu attālumā, izkliedējas ar ātrumu aptuveni 73 kilometri sekundē. Šogad viņi publicēja atjauninātus novērojumu rezultātus, kuros šī vērtība kļuva vēl augstāka - 74 kilometri sekundē.
Riesza un viņa kolēģu jaunie mērījumi izrādījās gandrīz par 10% augstāki nekā dati, kas iegūti ar WMAP un Planck orbitālajiem teleskopiem - 69 kilometri sekundē, un to nevar izskaidrot, izmantojot mūsu esošās idejas par tumšās enerģijas raksturu un Visuma dzimšanas mehānismu.
Šīs neatbilstības lika kosmologiem domāt par diviem iespējamiem veidiem, kā izskaidrot šo anomāliju. No vienas puses, ir pilnīgi iespējams, ka Planka vai Riesza un viņa kolēģu mērījumi ir kļūdaini vai nepilnīgi. No otras puses, ir diezgan pieļaujams, ka agrīnajā Visumā varētu pastāvēt trešā “tumšā” viela, kas atšķiras no tumšās matērijas un enerģijas, kā arī tā, ka pēdējā varētu būt nestabila un pakāpeniski sadalīties.
Kenta Hotokezaka no Prinstonas Universitātes (ASV) un viņa kolēģi padarīja šo problēmu vēl akūtāku un diskutablāku, veicot pirmos salīdzinoši precīzos Visuma izplešanās ātruma mērījumus, izmantojot LIGO gravitācijas observatoriju un vairākus "parastos" optiskos teleskopus.
Pirmie šāda veida mērījumi, kā atzīmē astrofiziķis, zinātnieki veica 2017. gada beigās, kad LIGO reģistrēja pārsprāgumu, ko radīja divu neitronu zvaigžņu apvienošanās, un simtiem zemes un kosmosa teleskopu spēja lokalizēt tā avotu galaktikā NGC 4993 zvaigznājā Hydra.
Reklāmas video:
Pirmie LIGO mērījumi bija tuvu Riesz komandas iegūtajiem datiem, kurus daudzi zinātnieki uzskatīja par papildu pierādījumiem, ka Visuma izplešanās ātrums var ievērojami mainīties. Hotokezaka un viņa kolēģi ir secinājuši, ka tas ne vienmēr notiek, izsekojot ne tikai gravitācijas viļņiem, bet arī gaismas zibspuldzei un šīs kataklizmas radītās vielas izdalīšanai.
Šajos novērojumos zinātniekiem palīdzēja tas, ka šī kvēlspuldzes straume, kas bija strūkla fiziķu valodā, tika virzīta nevis tieši uz Zemi, bet nedaudz prom no tās. Pateicoties tam, mūsu planētas novērotājiem šķiet, ka tā pārvietojas apmēram četras reizes ātrāk nekā gaismas ātrums, "pārkāpjot" relativitātes teoriju kā saules stari vai ēna.
Šis izmešu īpašums apvienojumā ar strūklas "biezuma" mērījumiem tā sākuma punktā ļauj ļoti precīzi noteikt virzienu, kādā tas tika virzīts attiecībā pret Zemi, un izmērīt tā ātrumu. Visi šie dati, savukārt, ļauj mums noteikt attālumu līdz gravitācijas viļņu avotam un precīzāk aprēķināt, cik daudz viņi "izstiepās" ceļojuma laikā no galaktikas NGC 4993 uz Zemi.
Šādi uzlabojumi, kā atzīmē Hotokezaka, sagādāja lielu pārsteigumu - Habla konstantes vērtība kļuva tuvāka nevis Riesza un viņa kolēģu mērījumiem, bet gan Planka un citu teleskopu rezultātiem, novērojot Lielā sprādziena mikroviļņu atbalsi.
No vienas puses, tas tiešām var nozīmēt, ka Nobela prēmijas laureāts un viņa kolēģi kļūdās, bet, no otras puses, "gravitācijas" mērījumu precizitāte joprojām ir ievērojami zemāka - tā ir aptuveni 7% nekā šo un citu dalībnieku precizitāte no šī universālā strīda (mazāk nekā 2%). Pašreizējie rezultāti, uzsver zinātnieks, atbilst abām teorijām, taču jau tuvākajā laikā situācija mainīsies.
Saskaņā ar pašreizējiem LIGO un tās Itālijas "brālēna" ViRGO zinātnisko komandu aprēķiniem abiem gravitācijas novērošanas centriem gadā vajadzētu atrast apmēram desmit šādus pasākumus. Attiecīgi nākamajos 2-3 gados mēs varam cerēt, ka neitronu zvaigžņu apvienošanās novērojumi mums palīdzēs viennozīmīgi noskaidrot, vai Visuma paplašināšanā ir "jauna fizika" vai nē, secina raksta autori.