Гравитационно-волновая астрономия предоставляет уникальный новый способ изучения истории расширения Вселенной. В августе 2017 коллаборации LIGO и Virgo впервые обнаружили гравитационные волны в результате слияния пары нейтронных ступеней. Гравитационно-волновой сигнал сопровождался рядом аналогов, идентифицированных с помощью электромагнитных телескопов.
Это открытие нескольких мессенджеров позволило астрономам непосредственно измерять постоянную Хаббла – единицу измерения, которая сообщает нам, как быстро расширяется Вселенная. Недавнее исследование ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) под руководством исследователей Zhiqiang You и Xingjiang Zhu (Университет Монаш), изучило альтернативный способ сделать космологию с наблюдениями гравитационных волн.
По сравнению со слияниями нейтронных звезд, слияния черных дыр являются гораздо более распространенным источником гравитационных волн. Принимая во внимание, что до сих пор были обнаружены только два слияния нейтронных звезд, LIGO и Дева опубликовали 10 бинарный черный Сообщалось о случаях слияния и десятках кандидатов.
К сожалению, от слияния чёрных дыр электромагнитного излучения не ожидается. Теоретическое моделирование сверхновых звезд – мощных и светящихся звездных взрывов – предполагает, что в массах черных дыр существует разрыв 45 – 60 раз масса нашего Солнца. Некоторые неубедительные доказательства, подтверждающие этот разрыв в массе, были обнаружены в наблюдениях, проведенных в первых двух наблюдениях LIGO и Virgo. Новое исследование OzGrav показывает, что эта уникальная особенность в спектре масс черной дыры может помочь определить историю расширения нашей Вселенной, используя только данные гравитационных волн.
ОзГрав к.т.н. студент и первый автор Чжицян Юй говорит: «Наша работа изучала перспективу с детекторами гравитационных волн третьего поколения, которые позволят нам увидеть каждое слияние двойных черных дыр во Вселенной».
Помимо постоянной Хаббла, существуют и другие факторы, которые могут влиять на распределение масс черной дыры. Например, ученые до сих пор не уверены в точном местонахождении разрыва массы черной дыры и в том, как число слияний черных дыр развивается за всю космическую историю.
Новое исследование демонстрирует, что можно одновременно измерять массы черных дыр наряду с постоянной Хаббла. Было обнаружено, что детектор третьего поколения, такой как телескоп Эйнштейна или космический исследователь, должен измерять постоянную Хаббла с точностью до одного процента в течение одного года эксплуатации. Более того, исследование показало, что всего за одну неделю можно выделить стандартную космологию темной энергии и темной материи с ее простыми альтернативами.