Гравітаційні хвилі не поширюються в просторі та часі. Вони — брижі в тканині самого простору-часу. Ось чому їх так важко виявити. Ми можемо спостерігати за тим, як об’єкти згинаються та розтягуються в просторі-часі.
Але, незважаючи на свою дивність, гравітаційні хвилі поводяться багато в чому так само, як світло, і астрономи можуть використовувати цей факт для вивчення космічного розширення.
Як і світло, гравітаційні хвилі пливуть уздовж із постійною кінцевою швидкістю, як світло. Отже, на гравітаційні хвилі впливають великомасштабні гравітаційні деформації, як і на світло.
Гравітаційні хвилі можуть відхилятися, коли вони проходять поблизу галактики чи масивної зірки, і можуть бути гравітаційно лінзовані так само, як світло. Різниця в тому, що, на відміну від світла, гравітаційні хвилі не поглинаються і не розсіюються речовиною. На них впливає лише гравітаційна структура простору-часу. Це означає, що ми повинні мати змогу бачити гравітаційні хвилі в лінзах навіть чіткіше, ніж світлові хвилі в лінзах.
Саме такою є ідея нового дослідження, опублікованого в Physical Review Letters.
Стаття починається з зауваження, що коли третє покоління обсерваторій гравітаційних хвиль стане доступним, астрономи зможуть виявити сотні злиттів чорних дір і нейтронних зірок у далеких галактиках.
Виходячи з того, що ми знаємо з оптичних спостережень, приблизно 1% цих злиттів буде мати гравітаційну лінзу ближчої галактики між нами та злиттям. Оскільки це збільшує силу як світлових, так і гравітаційних хвиль, події в лінзах дозволяють астрономам бачити глибше Всесвіт, ніж вони могли б бачити в іншому випадку.
Ці лінзовані події гравітаційної хвилі можна було б використовувати для вимірювання швидкості космічного розширення. Існує кілька способів вимірювання космічного розширення, від наднових до астрофізичних мазерів, але одна з великих загадок космології полягає в тому, що ці різні методи іноді дають суперечливі результати. Це відоме як напруга Хаббла, і це означає, що хоча ми знаємо, як швидко розширюється Всесвіт, ми не можемо точно визначити це.
Автори зазначають, що злиття чорних дір можна використовувати для вимірювання космічного розширення. Енергія, що виділяється при злитті чорних дір, залежить від початкових мас чорних дір і швидкості їх злиття. Оскільки ці властивості можна виміряти за допомогою гравітаційної обсерваторії, вони можуть служити «стандартною свічкою» для вимірювання відстані. Якщо ви знаєте, наскільки яскравою є подія, ви можете порівняти її з тим, наскільки яскравою вона вам здається, щоб обчислити відстань. Події об’єднаних лінзів підходять до цього ще далі. Оскільки лінзи можуть дати нам декілька поглядів на подію з дещо різних напрямків, це дозволить астрономам дуже точно вимірювати відстань і енергію подій, а отже точно визначити швидкість космічного розширення.
Оскільки цей метод буде залежати лише від гравітаційних лінз брижів простору-часу в просторі-часі, він буде прямим вимірюванням космічної структури та прямим вимірюванням космічного розширення. Він може вирішити проблему напруги Хаббла для космології.
Читайте також: