Le stelle di neutroni gridano in ondate di spazio-tempo quando muoiono e gli astronomi hanno delineato un piano per usare la loro agonia gravitazionale per tracciare la storia dell'universo. Unisciti a noi mentre esploriamo come trasformare il loro dolore nel nostro profitto cosmologico.
I cosmologi sono ossessionati dagli standard. La ragione di questa ossessione risiede nei loro laboriosi tentativi di misurare le distanze estreme nel nostro universo. Guarda una stella o una galassia a caso. Quanto è lontano? È più vicino o più lontano di una stella o di una galassia accanto? Cosa succede se uno è più luminoso o più scuro dell'altro?
Questa è una situazione piuttosto senza speranza, a meno che il cosmo non sia disseminato di cose standard: oggetti con proprietà note. Immagina se lampadine da 100 watt o bastoncini misurassero l'universo. Se potessimo vedere quelle lampadine o bastoncini del metro, potremmo confrontare Comeci guardano qui sulla Terra per quello che noiconoscere sembrano da vicino e personali. Se vediamo una lampadina nell'universo e sappiamo che dovrebbe avere la stessa luminosità di una lampadina standard da 100 watt, allora possiamo fare un po 'di trigonometria per eliminare la distanza da quella lampadina. Lo stesso vale per lo stick: se vediamo uno stick casuale fluttuare intorno e sappiamo che dovrebbe essere esattamente lungo un metro, possiamo confrontare la sua lunghezza nel nostro campo visivo e calcolare la distanza da esso.
Naturalmente le lampadine e le levette del misuratore renderebbero sgradevoli le sonde cosmologiche, perché sono deboli e piccole. Per un lavoro serio abbiamo bisogno di cose brillanti, cose grandi e cose comuni. E ci sono alcuni preziosi di questi standard nell'universo: la supernova di tipo 1a serve come "candele standard" e le oscillazioni acustiche barioniche (un residuo incastrato nella distribuzione delle galassie rimaste dall'universo primordiale, e l'oggetto di un altro articolo) possono servire come un "righello standard".
Ma avremo bisogno di qualcosa in più di candele e bastoncini per farci uscire dall'attuale enigma cosmologico in cui ci troviamo.
Viviamo in un universo in espansione. Ogni giorno, le galassie si allontanano le une dalle altre (in media; possono ancora esserci collisioni e raggruppamenti "su piccola scala"). E il tasso di espansione del nostro universo è cambiato negli ultimi 13,8 miliardi di anni di storia cosmica. L'universo è composto da un sacco di personaggi diversi: radiazioni, stelle, gas, cose strane come neutrini, cose più strane come materia oscura e cose più strane come energia oscura. Quando ciascuno di questi componenti si accende, si spegne, inizia a dominare o smette di dominare, il tasso di espansione dell'universo a sua volta cambia.
Ai vecchi tempi, la materia era il capo dell'universo. Così mentre l'universo si espandeva, quell'espansione rallentò dal costante trascinamento gravitazionale di tutta quella materia. Ma poi la questione si è sparsa troppo, troppo sottile e troppo debole per controllare il cosmo.
Circa cinque miliardi di anni fa, l'energia oscura prese il controllo, invertendo la leggera decelerazione dell'espansione dell'universo e spingendo il petalo sul metallo, causando l'espansione dell'universo non solo per continuare, ma per accelerare. L'energia oscura - qualunque cosa sia - continua il suo sinistro dominio del cosmo fino ai giorni nostri.
È di fondamentale importanza misurare il tasso di espansione dell'universoproprio adesso - dal momento che il tasso di espansione è legato ai contenuti dell'universo, misurare il tasso di espansione oggi ci dice chi sono i principali attori cosmologici e la loro relativa importanza. Possiamo misurare il tasso di espansione di oggi, noto come costante di Hubble, in molti modi, come con bastoni e candele.
E qui sta una tensione sorprendente. Le misurazioni della costante di Hubble dall'universo vicino usando cose come la supernova danno un valore particolare. Ma le misurazioni dell'universo primordiale che usano lo sfondo cosmico a microonde portano anche a vincoli sulla costante di Hubble di oggi, e queste misurazioni non sono abbastanza d'accordo tra loro.
Un problema appiccicoso: due metodi indipendenti per misurare lo stesso numero portano a risultati diversi. Potrebbe essere un segno di fisica nuova di zecca o solo osservazioni mal capite. In ogni caso, mentre alcuni cosmologi considerano questa situazione come una sfida, altri la considerano un'opportunità. Ciò di cui abbiamo bisogno sono più misurazioni, e in particolare quelle totalmente indipendenti da quelle esistenti. Abbiamo righelli standard e candele standard, quindi che ne dici di ... sirene standard.
Certo, perché no.
Le onde cacofoniche gravitazionali che brillano dagli ultimi momenti delle collisioni di due stelle di neutroni portano succose informazioni cosmologiche. Dato che comprendiamo molto bene la loro fisica, possiamo studiare la struttura ultra-precisa delle onde gravitazionali per sapere quanto forte (nella gravità, non nel suono, ma dovrai solo rotolare con la metafora) che stavano urlando quando si sono scontrati . Quindi possiamo paragonarlo a quanto suonano qui sulla Terra e voilà: una distanza.
Questa tecnica ha già prodotto una misurazione (relativamente approssimativa) della costante di Hubble dall'unica e osservata solo fusione di stelle di neutroni.
Ma quello non dovrebbe essere l'ultimo grido di morte della stella di neutroni che sentiamo. Nei prossimi anni ci aspettiamo (speriamo?) Di catturarne altre dozzine. E con ogni collisione possiamo stabilire una distanza affidabile rispetto all'evento infuocato e misurare la storia di espansione dell'universo sin dal loro destino della neutronia, fornendo una traccia completamente diversa per rivelare il valore della costante di Hubble.
I cosmologi dell'Università di Chicago hanno previsto che entro cinque anni la tecnica delle sirene standard fornirà misurazioni competitive con i metodi esistenti. Ma quando si tratta del grande dibattito cosmologico del 21 ° secolo, la domanda rimane: le sirene standard saranno il fattore decisivo o approfondiranno solo il mistero?
Per saperne di più: "Una misura costante del 2% di Hubble da sirene standard entro 5 anni"
