Neutronensterne schreien in Wellen der Raumzeit, wenn sie sterben, und Astronomen haben einen Plan entworfen, um ihre Gravitationsqualen zu nutzen, um die Geschichte des Universums zu verfolgen. Erforschen Sie mit uns, wie wir ihren Schmerz in unseren kosmologischen Gewinn verwandeln können.
Kosmologen sind von Standards besessen. Der Grund für diese Besessenheit liegt in ihren mühsamen Versuchen, extreme Entfernungen in unserem Universum zu messen. Schau dir einen zufälligen Stern oder eine Galaxie an. Wie weit ist es entfernt? Ist es näher oder weiter als ein Stern oder eine Galaxie daneben? Was ist, wenn einer heller oder dunkler als der andere ist?
Dies ist eine ziemlich hoffnungslose Situation, es sei denn, der Kosmos ist mit Standardgegenständen übersät - Objekten mit bekannten Eigenschaften. Stellen Sie sich vor, 100-Watt-Glühbirnen oder Messstäbe wären im Universum verstreut. Wenn wir diese Glühbirnen oder Messstäbe sehen könnten, könnten wir vergleichen WieSie schauen auf uns hier auf der Erde zu dem, was wir sindkennt Sie sehen aus nächster Nähe aus. Wenn wir eine Glühbirne im Universum sehen und wissen, dass sie dieselbe Helligkeit wie eine Standard-100-Watt-Glühbirne haben soll, können wir eine Trigonometrie durchführen, um den Abstand zu dieser Glühbirne zu verringern. Gleiches gilt für den Stick: Wenn wir einen zufälligen Stick herumschweben sehen und wissen, dass er genau einen Meter lang sein soll, können wir seine Länge in unserem Sichtfeld vergleichen und die Entfernung dazu berechnen.
Natürlich würden Glühbirnen und Messstäbe für miese kosmologische Sonden sorgen, weil sie dunkel und klein sind. Für ernsthafte Arbeit brauchen wir helle Dinge, große Dinge und gemeinsame Dinge. Und es gibt nur wenige dieser Standards im Universum: Supernova vom Typ 1a dienen als „Standardkerzen“ und akustische Baryonenschwingungen (ein Überrest, der in die Verteilung der aus dem frühen Universum übrig gebliebenen Galaxien eingebrannt ist und Gegenstand eines anderen Artikels ist) ein "Standardlineal".
Aber wir werden mehr als Kerzen und Stöcke brauchen, um aus dem gegenwärtigen kosmologischen Rätsel herauszukommen, in dem wir uns befinden.
Wir leben in einem expandierenden Universum. Jeden Tag entfernen sich Galaxien weiter voneinander (im Durchschnitt; es kann immer noch zu „kleinen“ Kollisionen und Gruppierungen kommen). Und die Expansionsrate unseres Universums hat sich in den letzten 13,8 Milliarden Jahren kosmischer Geschichte verändert. Das Universum besteht aus einer Reihe verschiedener Charaktere: Strahlung, Sterne, Gas, seltsame Dinge wie Neutrinos, seltsamere Dinge wie dunkle Materie und seltsamste Dinge wie dunkle Energie. Wenn sich jede dieser Komponenten einschaltet, ausschaltet, zu dominieren beginnt oder aufhört zu dominieren, verschiebt sich wiederum die Expansionsrate des Universums.
Früher war die Materie der Boss des Universums. Als sich das Universum ausdehnte, verlangsamte sich diese Ausdehnung durch das ständige Ziehen der Gravitation all dieser Materie. Aber dann wurde die Sache zu weit verbreitet, zu dünn und zu schwach, um den Kosmos zu kontrollieren.
Vor ungefähr fünf Milliarden Jahren übernahm die Dunkle Energie die Kontrolle, kehrte die leichte Verlangsamung der Expansion des Universums um und drückte das Blütenblatt auf das Metall, wodurch die Expansion des Universums nicht nur fortgesetzt, sondern beschleunigt wurde. Dunkle Energie - was auch immer das ist - setzt ihre finstere Dominanz des Kosmos bis heute fort.
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Expansionsrate des Universums zu messenjetzt sofort - Da die Expansionsrate an den Inhalt des Universums gebunden ist, zeigt die Messung der Expansionsrate heute, wer die wichtigsten kosmologischen Akteure sind und welche relative Bedeutung sie haben. Wir können die heutige Expansionsrate, die als Hubble-Konstante bekannt ist, auf viele Arten messen, beispielsweise mit Stöcken und Kerzen.
Und hier liegt eine überraschende Spannung. Messungen der Hubble-Konstante aus dem nahe gelegenen Universum unter Verwendung von Supernova ergeben einen bestimmten Wert. Messungen des frühen Universums unter Verwendung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds führen jedoch auch zu Einschränkungen der heutigen Hubble-Konstante, und diese Messungen stimmen nicht ganz überein.
Ein heikles Problem: Zwei unabhängige Methoden zur Messung derselben Anzahl führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Es könnte ein Zeichen für brandneue Physik oder nur schlecht verstandene Beobachtungen sein. Aber wie auch immer, während einige Kosmologen diese Situation als Herausforderung betrachten, sehen andere sie als Chance. Was wir brauchen, sind mehr Messungen, insbesondere solche, die völlig unabhängig von den vorhandenen sind. Wir haben Standardlineale und Standardkerzen, also wie wäre es mit… Standardsirenen.
Sicher warum nicht.
Die kakophonen Gravitationswellen, die aus den letzten Momenten der Kollisionen zweier Neutronensterne explodieren, enthalten saftige kosmologische Informationen. Da wir ihre Physik sehr gut verstehen, können wir die ultrapräzise Struktur der Gravitationswellen untersuchen, um zu wissen, wie laut (in der Schwerkraft, nicht im Schall, aber Sie müssen nur mit der Metapher rollen) sie schrien, als sie kollidierten . Dann können wir das damit vergleichen, wie laut sie hier auf der Erde klingen, und voila: eine Entfernung.
Diese Technik hat bereits eine (relativ grobe) Messung der Hubble-Konstante aus der einzigen beobachteten Neutronensternfusion ergeben.
Aber das sollte nicht der letzte Todesschrei eines Neutronensterns sein, den wir hören. In den kommenden Jahren erwarten wir (Hoffnung?) Dutzende weitere. Und mit jeder Kollision können wir eine verlässliche Distanz zum feurigen Ereignis bestimmen und die Expansionsgeschichte des Universums seit ihrem Neutronie-Untergang messen. Dies ist eine völlig andere Spur, um den Wert der Hubble-Konstante aufzudecken.
Kosmologen der Universität von Chicago sagten voraus, dass die Technik der Standardsirenen innerhalb von fünf Jahren Messungen liefern wird, die mit den vorhandenen Methoden konkurrenzfähig sind. Aber wenn es um die große kosmologische Debatte des 21. Jahrhunderts geht, bleibt die Frage: Werden Standardsirenen der entscheidende Faktor sein oder nur das Geheimnis vertiefen?
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