Ιδεώδεις συγχωνεύσεις κοσμικών αντικειμένων μεγάλης μάζας για τη μέτρηση της κοσμικής διαστολής

Συνοπτικά: Μεταξύ των πηγών βαρυτικών κυμάτων, η συγχώνευση ενός άστρου νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας μπορεί να παράσχει τον πιο μεγάλης ακρίβειας τρόπο για τη μέτρηση του πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν.

Η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων είναι κάτι που τώρα αρχίζει να αναπτύσσεται με δυνατότητες, όπως η χρήση των πηγών των βαρυτικών κυμάτων ως απομακρυσμένοι δείκτες για τη μέτρηση της κοσμικής διαστολής. Μια νέα εργασία από τον Salvatore Vitale από το MIT (Massachusetts Institute of Technology), στο Cambridge και της Hsin-Yu Chen από το Παναπεπιστήμιο Harvard, δείχνει ότι ένα ιδιαίτερο είδος πηγής βαρυτικών κυμάτων – που περιλαμβάνει τη συγχώνευση μιας μαύρης τρύπας με ένα άστρο νετρονίων – θα μπορούσε να είναι ο καλύτερος στόχος για τον προσδιορισμό του ρυθμού διαστολής.

Ο σημερινός ρυθμός διαστολής, ή η σταθερά του Hubble, είναι κρίσιμος παράγοντας στους κοσμολογικούς υπολογισμούς, έτσι η αβεβαιότητά του περιορίζει το πόσο καλά γνωρίζουμε άλλες παραμέτρους, όπως η ηλικία του σύμπαντος. Όμως ορισμένες μετρήσεις της σταθεράς του Hubble χρησιμοποιώντας το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα από αυτά που βασίζονται σε παρατηρήσεις υπερκαινοφανούς (διαβάστε, egno.gr 8 Οκτωβρίου 2017 και egno.gr 23 Απριλίου 2018), έτσι οι ερευνητές θα επιθυμούσαν μια τρίτη, ανεξάρτητη μέθοδο για να επιλύσουν την κρίση.

Οι συγχωνεύσεις συμπαγών αντικειμένων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να τη μέτρηση της σταθεράς Hubble. Αυτό είναι περισσότερο εύκολο να γίνει όταν το φαινόμενο παρατηρείται με δυο τρόπους: με τα βαρυτικά κύματα (για να μετρηθεί η απόσταση από την πηγή) και με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (για να προσδιοριστεί η ταχύτητα της πηγής). Μια τέτοια μέτρηση της σταθεράς του Hubble έχει ήδη γίνει με την συγχώνευση των δυο άστρων νετρονίων που παρατηρήθηκε (διαβάστε, egno.gr 19 Οκτωβρίου 2017). Όμως η αβεβαιότητα ήταν πάρα πολύ μεγάλη (14%) λόγω της αβεβαιότητας στον τροχιακό προσανατολισμό, που συσχετίζεται με τη μετρούμενη απόσταση της συγχώνευσης. Ο Vitale και η Chen δείχνουν ότι οι συγχωνεύσεις άστρου νετρονίων και μαύρης τρύπας (NSBH) δίνουν μια περισσότερο ακριβή εκτίμηση απόστασης από ότι συγχωνεύσεις ζεύγους άστρων νετρονίων (BNS), κυρίως επειδή ο τροχιακός προσανατολισμός είναι λιγότερο συσχετιζόμενος με τη μέτρηση της απόστασης. Μέχρι τώρα δεν έχει καταγραφεί συγχώνευση NSBH. Όμως αν συμβαίνει ένα γεγονός NSBH για κάθε 50 γεγονότα BNS, που είναι σύμφωνο με τους τρέχοντες περιορισμούς, τότε, σύμφωνα με τον Vitale και την Chen, μελλοντικές μετρήσεις NSBH θα δώσουν έναν προσδιορισμό της σταθεράς Hubble με περισσότερη ακρίβεια από ότι οι παρατηρήσεις BNS.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Measuring the Hubble Constant with Neutron Star Black Hole Mergers. Physical Review Letters.