Univerzum se širi; imamo dokaze o tome oko jednog veka. Ali koliko brzo se nebeski objekti udaljuju jedan od drugog još uvek je predmet rasprave.
Nije mali podvig izmeriti brzinu kojom se objekti udaljavaju jedan od drugog na ogromnim udaljenostima. Od otkrića kosmičke ekspanzije, njena brzina je merena i ponovo merena sa sve većom preciznošću, sa nekim od najnovijih vrednosti u rasponu od 67,4 do 76,5 kilometara u sekundi po megaparsecu, što povezuje brzinu recesije (u kilometrima u sekundi) sa udaljenost (u megaparsekima).
Neslaganje između različitih merenja kosmičke ekspanzije naziva se „Habl tenzija“. Neki su to nazvali krizom u kosmologiji. Ali za teoretskog astrofizičara UC Santa Barbara Tejasvija Venumadhava Nerela i kolege sa Tata instituta za fundamentalna istraživanja u Bangaloru, Indija, i Međuuniverzitetskog centra za astronomiju i astrofiziku u Puneu, Indija, ovo je uzbudljivo vreme.
Od prvog otkrivanja gravitacionih talasa 2015. godine, detektori su značajno poboljšani i spremni su da daju bogat niz signala u narednim godinama. Nerela i njegove kolege su smislili metod da iskoriste ove signale za merenje širenja univerzuma i možda pomognu da se debata reši jednom zauvek. „Glavni naučni cilj budućih detektora je da isporuče sveobuhvatan katalog događaja gravitacionih talasa, a ovo će biti potpuno nova upotreba izuzetnog skupa podataka“, rekao je Nerela, koautor rada objavljenog u Phisical Reviev Letters.
Merenje brzine kosmičkog širenja svodi se na brzinu i rastojanje. Astronomi koriste dve vrste metoda za merenje udaljenosti: prvi počinju sa objektima poznate dužine („standardni lenjiri“) i gledaju koliko se veliki pojavljuju na nebu. Ovi „objekti“ su karakteristike kosmičkog pozadinskog zračenja ili distribucije galaksija u univerzumu.
Druga klasa metoda počinje sa objektima poznate svetlosti („standardne sveće“) i meri njihovu udaljenost od Zemlje koristeći njihovu prividnu svetlost. Ove udaljenosti su povezane sa daljinama svetlih objekata i tako dalje, što stvara lanac šema merenja koji se često naziva „merdevina kosmičke udaljenosti“. Uzgred, sami gravitacioni talasi takođe mogu pomoći u merenju kosmičke ekspanzije, pošto se energija oslobođena sudarom neutronskih zvezda ili crnih rupa može koristiti za procenu udaljenosti do ovih objekata.
Metoda koju Nerella i njegovi koautori predlažu pripada drugoj klasi, ali koristi gravitaciono sočivo. Ovo je fenomen koji se javlja kada masivni objekti iskrivljuju prostor-vreme i savijaju talase svih vrsta koji putuju u blizini objekata. U retkim slučajevima, sočivo može da proizvede više kopija istog signala gravitacionog talasa koji stiže do Zemlje u različito vreme – kašnjenja između signala za populaciju višestrukih snimljenih događaja mogu se koristiti za izračunavanje stope širenja univerzuma, prema istraživačima.
„Mi veoma dobro razumemo koliko su osetljivi detektori gravitacionih talasa i ne postoje astrofizički izvori konfuzije, tako da možemo pravilno da objasnimo šta ulazi u naš katalog događaja“, rekao je Nerela. „Nova metoda ima izvore grešaka koji su komplementarni onima postojećih metoda, što ga čini dobrim diskriminatorom.“
Izvori ovih signala bi bile binarne crne rupe: sistemi od dve crne rupe koje kruže jedna oko druge i na kraju se spajaju, oslobađajući ogromne količine energije u obliku gravitacionih talasa. Još uvek nismo otkrili jake primere ovih signala, ali se očekuje da će predstojeća generacija zemaljskih detektora imati potreban nivo osetljivosti.
„Očekujemo prvo posmatranje gravitacionih talasa sa sočivima u narednih nekoliko godina“, rekao je koautor studije Paramesvaran Adžit. Pored toga, ovi budući detektori bi trebalo da budu u stanju da vide dalje u svemir i detektuju slabije signale.
Autori očekuju da će ovi napredni detektori započeti potragu za spajanjem crnih rupa u narednoj deceniji. Oni predviđaju snimanje signala od nekoliko miliona parova crnih rupa, od kojih će se mali deo (oko 10.000) pojaviti više puta u istom detektoru zbog gravitacionog sočiva. Distribucija kašnjenja između ovih ponavljanja kodira stopu širenja Habla.
Prema rečima glavnog autora Souvik Jane, za razliku od drugih metoda merenja, ovaj metod se ne oslanja na poznavanje tačnih lokacija ili udaljenosti do ovih binarnih crnih rupa. Jedini zahtev je da se tačno identifikuje dovoljno veliki broj ovih objektivnih signala. Istraživači dodaju da posmatranja gravitacionih talasa sa sočivima mogu čak da daju tragove o drugim kosmološkim pitanjima, kao što je priroda nevidljive tamne materije koja čini veći deo energetskog sadržaja univerzuma.
