Астрономы разрабатывают новый метод для измерения постоянной Хаббла

Постоянная Хаббла измеряет текущую скорость расширения нашей Вселенной и играет фундаментальную роль в космологии: она может использоваться для определения размера и возраста Вселенной, а также служить важным инструментом для интерпретации наблюдений космических объектов.

Международная группа астрономов использовала комбинацию гравитационно-волновых и радионаблюдений события GW170817, слияния двух нейтронных звезд, обнаруженных в 2017 году, чтобы найти более точное значение для постоянной Хаббла.

Два ведущих метода определения постоянной Хаббла используют характеристики космического микроволнового фона (CMB), остаточного излучения от Большого взрыва или взрывов сверхновых типа Ia. Однако эти два метода дают разные результаты.

«Слияние нейтронных звезд дает нам новый способ измерения постоянной Хаббла и, надеюсь, решения проблемы», — сказал доктор Кунал Мули, астроном из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Caltech. Новая техника похожа на использование взрывов сверхновых.

Считается, что сверхновые типа Ia имеют собственную яркость, которая может быть рассчитана на основе скорости, с которой они осветляются, а затем исчезают. Измерение яркости, видимой с Земли, затем показывает расстояние до сверхновой.

Измерение доплеровского смещения света от галактики-хозяина сверхновой показывает скорость, с которой галактика удаляется от Земли. Скорость, деленная на расстояние, дает постоянную Хаббла.

Чтобы получить точную цифру, многие такие измерения должны быть сделаны на разных расстояниях.

Когда две массивные нейтронные звезды сталкиваются, они производят и всплеск гравитационных волн. Форма сигнала гравитационной волны говорит ученым, насколько «ярким» был этот всплеск гравитационных волн.

Измерение «яркости» или интенсивности гравитационных волн, полученных на Земле, может дать нам расстояние. «Это совершенно независимое средство измерения, которое, как мы надеемся, может прояснить истинное значение постоянной Хаббла», — говорят ученые.

Тем не менее, есть особенность. Интенсивность гравитационных волн изменяется в зависимости от их ориентации относительно плоскости орбит двух нейтронных звезд. Гравитационные волны сильнее в направлении, перпендикулярном плоскости орбиты, и слабее, если плоскость орбиты находится на ребре, если смотреть с Земли.

«Чтобы использовать гравитационные волны для измерения расстояния, нам нужно было знать эту ориентацию», — сказал доктор Адам Деллер, астроном из Технологического университета Суинберна.

В течение нескольких месяцев астрономы использовали радиотелескопы для измерения движения сверхбыстрой струи материала, выброшенного в результате события GW170817.

«Мы использовали эти измерения вместе с подробным динамическим моделированием для определения угла ориентации, что позволило использовать гравитационные волны для определения расстояния».

Астрономы подсчитали, что значение постоянной Хаббла составляет от 65,3 км до 75,6 км в секунду на мегапарсек.

«Конечно, это единственное измерение события, находящегося на расстоянии около 130 миллионов световых лет от Земли, еще недостаточно для устранения неопределенности, но теперь новый метод может быть применен к будущим слияниям нейтронных звезд, обнаруженных с помощью гравитационных волн», — говорят ученые.

K. Hotokezaka et al. A Hubble constant measurement from superluminal motion of the jet in GW170817. Nature Astronomy, published online July 8, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0820-1