Kahden neutronitähden sulautumisen aiheuttama supernoovan räjähdys ja avaruus-ajan heilahtelut ovat auttaneet tutkijoita mittaamaan maailmankaikkeuden laajentumisnopeuden tarkasti. Tällaiset tulevat mittaukset auttavat ratkaisemaan kosmologian pääparadoksin, tutkijat sanovat Nature Astronomy -lehdessä.
Kuuluisa tähtitieteilijä Edwin Hubble todisti jo vuonna 1929, että universumimme ei ole paikallaan, vaan laajenee vähitellen. Viime vuosisadan lopulla astrofysiikot havaitsivat tyypin I supernoovia havaitsemalla, että se ei laajene vakionopeudella, vaan kiihtyvyydellä. Syynä tähän päivään pidetään "tummaa energiaa" - salaperäistä ainetta, joka saa avaruus-ajan venymään nopeammin.
Nobel-palkinnon saaja Adam Riess ja hänen kollegansa, jotka löysivät tämän ilmiön, laskivat kesäkuussa 2016 täsmällisen maailmankaikkeuden laajentumisnopeuden käyttämällä muuttuvia Cepheid-tähtiä Linnunradan ja naapurimaiden galakseissa, joiden etäisyys voidaan laskea erittäin korkealla tarkkuudella.
Tämä tarkennus antoi erittäin odottamattoman tuloksen - kävi ilmi, että kaksi galaksia, erotettuna noin 3 miljoonan valovuoden etäisyydellä, hajoaa nopeudella noin 73 kilometriä sekunnissa. Tänä vuonna he julkaisivat päivitetyt havaintotulokset, joissa tämä arvo nousi vielä korkeammaksi - 74 kilometriä sekunnissa.
Rieszin ja hänen kollegoidensa uudet mittaukset osoittautuivat lähes 10% korkeammiksi kuin WMAP: n ja Planckin kiertävien teleskooppien avulla saadut tiedot - 69 kilometriä sekunnissa, eikä sitä voida selittää nykyisillä ideoillamme pimeän energian luonteesta ja maailmankaikkeuden syntymekanismista.
Nämä ristiriidat ovat saaneet kosmologit pohtimaan kahta mahdollista tapaa selittää tämä poikkeavuus. Toisaalta on täysin mahdollista, että Planckin tai Rieszin ja hänen kollegoidensa mittaukset ovat virheellisiä tai puutteellisia. Toisaalta on melko hyväksyttävää, että varhaisessa maailmankaikkeudessa voisi esiintyä kolmas "tumma" aine, erilainen kuin tumma aine ja energia, samoin kuin se, että viimeksi mainittu voi olla epävakaa ja hajoa vähitellen.
Kenta Hotokezaka Princetonin yliopistosta (USA) ja hänen kollegansa tekivät tästä ongelmasta entistä akuutimman ja kiistanalaisemman tekemällä ensimmäiset suhteellisen tarkat mittaukset maailmankaikkeuden laajenemisnopeudesta LIGO-gravitaation observatorion ja useiden "perinteisten" optisten kaukoputkien avulla.
Ensimmäiset tämän tyyppiset mittaukset, kuten astrofysiikka toteaa, tutkijat suorittivat vuoden 2017 lopussa, kun LIGO tallensi purskeen, joka syntyi kahden neutronitähden yhdistymisen myötä, ja sadat maa- ja avaruuskaukoputket pystyivät paikantamaan lähteensä galaksissa NGC 4993 Hydran tähdistössä.
Mainosvideo:
Ensimmäiset LIGO-mittaukset olivat lähellä Rieszin ryhmän saamaa tietoa, jonka monet tutkijat pitivät lisätodisteena siitä, että maailmankaikkeuden laajenemisnopeus voi muuttua huomattavasti. Hotokezaka ja hänen kollegansa ovat huomanneet, että tämä ei välttämättä ole tilanne seuraamalla painovoima-aaltojen lisäksi myös valon salamaa ja tämän kataklysmin aiheuttamaa aineen vapautumista.
Näissä havainnoissa tutkijoille auttoi tosiasia, että tämä hehkuva plasmavirta, fysiikan kielen suihku, ei suuntautunut suoraan maahan, vaan jonkin verran siitä. Tämän ansiosta planeettamme tarkkailijoille näyttää liikkuvan noin neljä kertaa nopeammin kuin valon nopeutta, "rikkoen" suhteellisuusteoriaa, kuten auringonsäde tai varjo.
Tämä päästöominaisuus yhdistettynä suihkun "paksuuden" mittauksiin sen lähtöpisteessä antaa mahdollisuuden erittäin tarkasti määrittää mihin suuntaan se suunnattiin suhteessa maahan ja mitata sen nopeutta. Kaikkien näiden tietojen avulla voimme määritellä etäisyyden gravitaatioaaltojen lähteestä ja laskea tarkemmin, kuinka paljon ne "venyivät" matkalla galaksista NGC 4993 maahan.
Tällaiset tarkennukset, kuten Hotokezaka toteaa, aiheuttivat suuren yllätyksen - Hubble-vakion arvo ei tullut lähempänä Rieszin ja hänen kollegoidensa mittauksia, vaan Planckin ja muiden teleskooppien tuloksia, jotka havaitsivat Ison räjähdyksen mikroaaltokaikua.
Toisaalta tämä voi todella tarkoittaa, että Nobel-palkinnon saaja ja hänen kollegansa ovat erehtyneet, mutta toisaalta "painovoima" -mittausten tarkkuus on silti huomattavasti alhaisempi - se on noin 7% kuin niillä ja muilla osallistujilla tästä yleismaailmallisesta riita-asemasta (alle 2%). Tutkija painottaa, että nykyiset tulokset vastaavat molempia teorioita, mutta tilanne muuttuu lähitulevaisuudessa.
LIGO: n ja sen italialaisen "serkku" ViRGO: n tiederyhmien nykyisten arvioiden mukaan molempien gravitaation observatorioiden tulisi löytää noin kymmenen tällaista tapahtumaa vuodessa. Vastaavasti seuraavien 2-3 vuoden aikana voimme toivoa, että neutronitähtien sulautumisten havainnot auttavat meitä yksiselitteisesti selvittämään, onko maailmankaikkeuden laajenemisessa "uutta fysiikkaa" vai ei, artikkelin kirjoittajat päättelevät.