Neutronstjärnor skriker i vågor av rymdtiden när de dör, och astronomer har beskrivit en plan för att använda sin gravitationskamp för att spåra universums historia. Följ med oss när vi utforskar hur vi förvandlar deras smärta till vår kosmologiska vinst.
Kosmologer är besatta av standarder. Anledningen till denna besatthet vilar i deras mödosamma försök att mäta extrema avstånd i vårt universum. Titta på en slumpmässig stjärna eller galax. Hur långt borta är det? Är det närmare eller längre än en stjärna eller galax bredvid? Tänk om den ena är ljusare eller mörkare än den andra?
Detta är en ganska hopplös situation, såvida inte kosmos är spridd med vanliga saker - föremål med kända egenskaper. Föreställ dig om 100-watts glödlampor eller meterpinnar ströde universum. Om vi kunde se de glödlampor eller mätsticks, kunde vi jämföra på vilket sättde ser till oss här på jorden till vad vikänna till de ser ut på nära håll och personliga. Om vi ser en glödlampa i universum och vet att den ska vara samma ljusstyrka som en standard 100-watts glödlampa, så kan vi göra några trigonometri för att slå ut avståndet till den glödlampan. Samma sak för pinnen: om vi ser en slumpmässig pinne flyta runt och vet att den är tänkt att vara exakt en meter lång, kan vi jämföra dess längd i vårt synfält och matta ut avståndet till det.
Naturligtvis skulle glödlampor och meterpinnar göra för usel kosmologiska sonder, eftersom de är svaga och små. För seriöst arbete behöver vi ljusa saker, stora saker och vanliga saker. Och det finns värdefulla få av dessa standarder i universum: supernova av typ 1a fungerar som ”standardljus” och akustiska svängningar av baryon (en rest kvar i fördelningen av galaxer som är kvar från det tidiga universum, och ämnet för en annan artikel) kan tjäna som en ”standard linjal”.
Men vi kommer att behöva mer än ljus och pinnar för att få oss ur det nuvarande kosmologiska området vi befinner oss i.
Vi lever i ett expanderande universum. Varje dag kommer galaxer längre bort från varandra (i genomsnitt; det kan fortfarande vara "småskaliga" kollisioner och grupperingar). Och vårt universums expansionshastighet har förändrats under de senaste 13,8 miljarder år av kosmisk historia. Universumet är gjord av ett gäng olika karaktärer: strålning, stjärnor, gas, konstiga saker som neutrino, lägre saker som mörk materia och konstigaste saker som mörk energi. När var och en av dessa komponenter slås på, stängs av, börjar dominera eller slutar dominera, växlar universumets utvidgningshastighet i sin tur.
Vägen tillbaka i de gamla goda dagarna, brukade materien vara universums chef. Så när universum expanderade, avtog den utvidgningen från den ständiga tyngdkraften i allt det materia. Men då blev saken för spridd, för tunn och för svag för att kontrollera kosmos.
För ungefär fem miljarder år sedan tog mörk energi kontrollen, vänd den lilla retardationen av universums expansion och pressade kronbladet till metallen, vilket fick universums expansion att inte bara fortsätta utan att accelerera. Mörk energi - oavsett vad det är - fortsätter sin onödiga dominans av kosmos till nutid.
Det är kritiskt viktigt att mäta universums expansionshastighetjust nu - eftersom expansionshastigheten är bunden till universums innehåll, berättar mätningen av expansionshastigheten idag vem de stora kosmologiska aktörerna är och deras relativa betydelse. Vi kan mäta dagens expansionshastighet, känd som Hubble-konstanten, på många sätt, som med pinnar och ljus.
Och här ligger en överraskande spänning. Mätningar av Hubble-konstanten från det närliggande universum med hjälp av saker som supernova ger ett särskilt värde. Men mätningar av det tidiga universum som använder den kosmiska mikrovågsbakgrunden leder också till begränsningar för dagens Hubble-konstant, och dessa mätningar håller inte helt med varandra.
Ett klibbigt problem: två oberoende metoder för att mäta samma antal leder till olika resultat. Det kan vara ett tecken på helt ny fysik eller bara dåligt förståda observationer. Men hur som helst, medan vissa kosmologer ser på denna situation som en utmaning, ser andra på det som en möjlighet. Vad vi behöver är fler mätningar, och särskilt de som är helt oberoende av de befintliga. Vi har standardlinjaler och standardljus, så vad sägs om ... vanliga sirener.
Visst varför inte.
De kakofona gravitationsvågorna som sprängs från de sista stunderna av kollisionerna mellan två neutronstjärnor innehåller saftig kosmologisk information. Eftersom vi förstår deras fysik mycket bra kan vi studera gravitationens vågars exakta struktur för att veta hur högt (i tyngdkraft, inte i ljud, men du måste bara rulla med metaforen) som de skrek när de kolliderade . Då kan vi jämföra det med hur högt de låter här på jorden, och voila: ett avstånd.
Denna teknik har redan gett en (relativt grov) mätning av Hubble-konstanten från den ena och endast observerade neutronstjärnfusionen.
Men det borde inte vara den sista dödsskriket för neutronstjärnor vi hör. Under de kommande åren förväntar vi oss (hopp?) Att fånga dussintals fler. Och med varje kollision kan vi fastställa ett tillförlitligt avstånd till den eldiga händelsen och mäta universums expansionshistoria sedan deras neutrony undergång, vilket ger ett helt annat spår för att avslöja värdet av Hubbles konstant.
Kosmologer vid University of Chicago förutspådde att inom fem år kommer tekniken för vanliga sirener att ge mätningar konkurrenskraftiga med befintliga metoder. Men när det gäller den stora kosmologiska debatten under 2000-talet kvarstår frågan: kommer standardsiren att vara den avgörande faktorn, eller bara fördjupa mysteriet?
Läs mer: "En konstant mätning på 2 procent av Hubble från vanliga sirener inom 5 år"
