2019 年、カリフォルニア州のカブリ理論物理学研究所で開催された会議は次のように締めくくられました。 困惑した声明: 「これは緊張や問題ではなく、むしろ危機と呼びます。」
素粒子物理学者で KITP の元ディレクターである David Gross は、私たちの宇宙が膨張している速度について話していました。 しかし、グロスは拡張自体について心配していませんでした。 私たちの惑星を取り囲む天体は絶えず私たちから、そしてお互いから遠ざかり続けているため、宇宙が爆発的に爆発していることは何十年も前からわかっていました。
いいえ、グロスは数学が心配でした。
この宇宙の変化がどのくらいの速さで起こっているかを正確に判断するために、科学者はハッブル定数と呼ばれる重要な値を計算する必要がありますが、今日でも誰もその答えに同意することはできません.
このように、天文学界には「危機」が浸透していましたが、それはイノベーションを揺るがすジレンマでした。 その緊張した会議以来、世界中の専門家は、スターゲイザーの間で平和を回復する試みとして、ハッブル定数方程式の見方を大幅に調整してきました。
そして月曜日に、そのようなチームの 1 つが、論文で概説されているように、論争を解決するための非常に独創的なアイデアを提示しました。 ジャーナル Physical Review Letters に 8 月 3 日掲載.
基本的に、シカゴ大学の天文学者は、深宇宙に潜むブラック ホールが互いに衝突するとき (彼らは時々そうする)、重力リバイアサンが空間と時間の構造全体に波紋を残して、ハッブル定数を解読するために重要な情報の痕跡を残す可能性があると信じています。 .
最終的に、科学者が真のハッブル定数を解明できれば、次のような私たちの宇宙に関する非常に大きな疑問に対する答えを導き出すこともできます。 それは今日私たちが目にする素晴らしい領域へと進化したのでしょうか? それは物理的に何でできているのですか？ 人類が存在しなくなり、そのために目を向けることができなくなってから数十億年後、それはどのように見えるでしょうか?
時空の行間を読む
ときどき、2 つの巨大なブラック ホールが衝突します。 これは、宇宙で最も理解できないほど巨大な物体のペアが結合して、さらに理解できないほど巨大な物体になることを意味します。
これが起こると、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって造られたように、合体は空間と時間の構造全体に波紋を送ります.ちょうど池に石を落とすと水に波紋が広がるのと同じです.
高速連星軌道によって生成される重力波のアニメーション。
NASA
グロスと仲間の物理学者が、ハッブルの絶え間ない難題に関するストレスの多い討論を主催するわずか 4 年前に、2 つの強力な天文台が、ブラック ホールによって引き起こされた波紋を地球の下から捉えることに成功しました。 それらは、米国のレーザー干渉計重力波天文台およびイタリアの乙女座天文台と呼ばれています。
過去数年にわたり、LIGO と Virgo の両方がほぼ 100 組のブラック ホール衝突からの波紋を検出しており、それらの測定値は、宇宙が膨張している速度を計算するのに役立つ可能性があると、University of the University の天体物理学者 Daniel Holz 氏は述べています。シカゴと新しい研究の共著者。 ハッブル定数に光を当てるかもしれません。
「もしあなたがブラックホールを宇宙の早い段階に置いたとしたら」ホルツ プレスリリースで述べた、「信号が変化し、実際よりも大きなブラックホールのように見えます。」
これが意味することは、もしブラック ホールの衝突が宇宙の遥か遠くで起こり、信号が長い (長い) 時間移動していた場合、そのイベントから発生する重力の波紋は、それ以降に膨張した宇宙の影響を受けただろうということです。事件。 たとえば、池の波紋についてもう一度考えてみると、通常、池に石を落とすと、接触点でよりきつい波紋が発生します。 しかし、これらの波紋が外側に広がるのを見続けると、それらは一種のより広く鈍くなります.
したがって、ブラック ホールの衝突リップルの変化を何らかの方法で測定できれば、それらの変化の一部が発生する速度を理解できる可能性があります。 それは、宇宙の膨張が彼らに影響を与えた可能性のある速度と、最終的には宇宙が合法的に膨張している速度を理解するのに役立ちます.
「近くにあるブラック ホールの質量を測定し、その特徴を理解します。次に、さらに離れたところにあるブラック ホールがどれだけずれているかを調べます」と、NASA アインシュタイン ポスドク研究員、カブリ宇宙物理学研究所のホセ マリア エスキアガ (Jose Maria Ezquiaga) 氏は述べています。新しい研究の仲間であり共著者であると、リリースで述べています。 「これは、宇宙の膨張の尺度を与えてくれます。」
キャッチはありますか？
しかし、少し注意が必要です。研究者が「標準的なサイレン」法と呼んでいるこの手法は、現在完全に実装することはできません. 実のところ、LIGO と Virgo は、それが当たり前になる未来を想像するためにも、本当に腰を据えて取り組む必要があります。
「できれば数千のこれらの信号が必要であり、数年で、さらに今後 10 年か 20 年でさらに増えるはずです」と Holz 氏は述べています。 「その時点で、宇宙について学ぶための信じられないほど強力な方法になるでしょう。」
標準的なサイレン法の非常に有望な側面は、アインシュタインの一般相対性理論に依存していることです.
左から、月が時空をゆがめる相対的な量の図、次に地球、太陽、ブラック ホールがずっと右にある図。
ズーイー・リャオ/CNET
対照的に、ハッブル恒常的な危機に取り組んでいる他のほとんどの科学者は、星や銀河に頼っていると研究者は述べています。 しかし、注目すべきは、ハッブル定数の測定値として重力波に焦点を合わせている他の専門家が何人かいるということです。
たとえば、2019 年には、天文学者の別のクルーが、2017 年に LIGO と Virgo によって検出された中性子星の合体に起因する空間と時間にわたる波紋を調べました。重力波から逆計算し、最終的にハッブル定数の推定値に到達します。 そして同じ年に、別のチームは、中性子星の衝突測定値を約 25 回測定するだけで、定数を 3% の精度に収めることができると提案しました。