Два противоречивых метода измерения скорости расширения Вселенной дают разные результаты, но исследователи могут разрешить это несоответствие, наблюдая взрывы, возникающие при столкновении нейтронных звёзд.

С начала XX века учёным известно, что Вселенная расширяется. Это открытие было сделано благодаря наблюдениям астронома Эдвина Хаббла, который заметил, что чем больше расстояние между галактиками, тем быстрее увеличивается расстояние между ними. Скорость расширения Вселенной известна как постоянная Хаббла и стала камнем преткновения для астрофизиков. Это связано с тем, что два метода определения этой скорости — наблюдения вспышек сверхновых, которые могут использоваться как «стандартные свечи» для измерения космических расстояний, и данные космического микроволнового излучения (Cosmic Microwave Background, CMB) — излучения, оставшегося после Большого Взрыва, — дают разные значения.

Расширение Вселенной сегодня определяется двумя ведущими методами: сверхновыми и космическим микроволновым фоном.
Источник: NASA/WMAP Science Team

Проблема постоянной Хаббла становится всё острее, поскольку методы измерения становятся всё более точными, что означает, что разногласия между способами определения постоянной не только сохраняются, но и больше не могут быть объяснены погрешностями измерений. Это вдохновило учёных искать третий метод определения постоянной Хаббла — один, который не зависит от данных о сверхновых или CMB.

Астрофизики предполагают, что столкновение нейтронных звёзд может стать третьим методом, который поможет разрешить проблему постоянной Хаббла.

«Когда две компактные нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга и наконец сливаются, происходит новый взрыв, называемый килоновой. Этот взрыв имеет симметричную форму, и эта симметрия не только прекрасна, но и невероятно полезна», — говорит Альберт Снеппен, ведущий автор исследования, аспирант астрофизики в Космическом центре Нильса Бора в Дании.

Симметрия килоновой противоречит предыдущим моделям, которые предполагали, что взрывы, вызванные слияниями нейтронных звёзд, должны иметь плоскую форму. Более того, исследования Снеппена показали, что килоновые, несмотря на свою сложность, могут быть описаны одной температурой и, следовательно, являются идеальными излучателями — это явление физики называется «чёрным телом».

Сферическая форма килоновой и её простой температурный профиль позволяют учёным точно рассчитать её светимость. Сравнивая яркость килоновой в момент взрыва с количеством света от взрыва, учёные могут определить расстояние до столкновения нейтронных звёзд, поскольку свет теряет энергию опредёленным образом из-за расширения Вселенной. Это даёт возможность измерить расстояние до галактик, в которых происходят килоновые, и таким образом получить другой способ определения космических расстояний — в данном случае с преимуществом перед наблюдением сверхновых.

«Сверхновые, которые до сих пор использовались для измерения расстояний до галактик, не всегда излучают одинаковое количество света. Кроме того, для их измерений сначала требуется калибровка расстояния с помощью другого типа звёзд — Цефеид, которые также должны быть откалиброваны. С использованием взрывов килоновых мы можем обойти эти сложности, которые вносят неопределённость в измерения», — говорит соавтор исследования Дарах Уотсон.

Команда уже проверила свой метод измерения постоянной Хаббла, для этого они они собрали данные о килоновой, которая находится приблизительно в 140 миллионах световых лет от Земли и была обнаружена в 2017 году.