Las estrellas de neutrones gritan en ondas de espacio-tiempo cuando mueren, y los astrónomos han delineado un plan para usar su agonía gravitacional para rastrear la historia del universo. Únase a nosotros mientras exploramos cómo convertir su dolor en nuestro beneficio cosmológico.
Los cosmólogos están obsesionados con los estándares. La razón de esta obsesión radica en sus laboriosos intentos de medir distancias extremas en nuestro universo. Mira una estrella o galaxia al azar. ¿Qué tan lejos está? ¿Está más cerca o más lejos que una estrella o galaxia al lado? ¿Qué pasa si uno es más brillante o más tenue que el otro?
Esta es una situación bastante desesperada, a menos que el cosmos esté disperso con cosas estándar: objetos con propiedades conocidas. Imagínese si las bombillas de 100 vatios o las barras de medidor cubrían el universo. Si pudiéramos ver esas bombillas o palos de medición, podríamos comparar cómonos miran aquí en la Tierra a lo que nosotrossaber se ven de cerca y personales. Si vemos una bombilla en el universo y sabemos que se supone que tiene el mismo brillo que una bombilla estándar de 100 vatios, entonces podemos hacer algo de trigonometría para eliminar la distancia a esa bombilla. Lo mismo para el palo: si vemos un palo al azar flotando y sabemos que se supone que tiene exactamente un metro de largo, podemos comparar su longitud en nuestro campo de visión y calcular la distancia.
Por supuesto, las bombillas y los medidores serían pésimas sondas cosmológicas, porque son tenues y pequeños. Para un trabajo serio necesitamos cosas brillantes, cosas grandes y cosas comunes. Y hay muy pocos de estos estándares en el universo: la supernova Tipo 1a sirve como "velas estándar" y oscilaciones acústicas bariónicas (un remanente horneado en la distribución de las galaxias sobrantes del universo temprano, y el tema de otro artículo) puede servir como una "regla estándar".
Pero vamos a necesitar más que velas y palos para sacarnos del enigma cosmológico actual en el que nos encontramos.
Vivimos en un universo en expansión. Todos los días, las galaxias se alejan unas de otras (en promedio; todavía puede haber colisiones y agrupaciones de "pequeña escala"). Y la tasa de expansión de nuestro universo ha cambiado en los últimos 13.800 millones de años de historia cósmica. El universo está formado por un montón de personajes diferentes: radiación, estrellas, gas, cosas raras como los neutrinos, cosas más extrañas como la materia oscura y cosas más extrañas como la energía oscura. A medida que cada uno de estos componentes se enciende, se apaga, comienza a dominar o deja de dominar, la tasa de expansión del universo a su vez cambia.
En los viejos tiempos, la materia solía ser el jefe del universo. Entonces, a medida que el universo se expandió, esa expansión se desaceleró debido al tirón gravitacional constante de toda esa materia. Pero luego el asunto se extendió demasiado, demasiado delgado y demasiado débil para controlar el cosmos.
Hace unos cinco mil millones de años, la energía oscura tomó el control, revirtiendo la ligera desaceleración de la expansión del universo y empujando el pétalo hacia el metal, haciendo que la expansión del universo no solo continúe, sino que se acelere. La energía oscura, sea lo que sea, continúa su dominio siniestro del cosmos hasta nuestros días.
Es sumamente importante medir la tasa de expansión del universo.ahora mismo - Dado que la tasa de expansión está vinculada a los contenidos del universo, medir la tasa de expansión hoy nos dice quiénes son los principales actores cosmológicos y su importancia relativa. Podemos medir la tasa de expansión actual, conocida como la constante de Hubble, de muchas maneras, como con palos y velas.
Y aquí yace una tensión sorprendente. Las mediciones de la constante de Hubble del universo cercano utilizando cosas como la supernova dan un valor particular. Pero las mediciones del universo primitivo usando el fondo cósmico de microondas también conducen a restricciones en la constante de Hubble de hoy, y estas mediciones no concuerdan entre sí.
Un problema difícil: dos métodos independientes de medir el mismo número conducen a resultados diferentes. Podría ser un signo de física completamente nueva o simplemente observaciones poco entendidas. Pero sea cual sea el caso, mientras que algunos cosmólogos ven esta situación como un desafío, otros la ven como una oportunidad. Lo que necesitamos son más mediciones, y especialmente aquellas que sean totalmente independientes de las existentes. Tenemos reglas y velas estándar, así que ¿qué tal ... sirenas estándar?
Seguro Por qué no.
Las ondas gravitacionales cacofónicas que salen de los momentos finales de las colisiones de dos estrellas de neutrones transportan información cosmológica jugosa. Como entendemos muy bien su física, podemos estudiar la estructura ultra precisa de las ondas gravitacionales para saber qué tan fuerte (en gravedad, no en sonido, pero solo tendrás que rodar con la metáfora) gritaban cuando chocaban. . Entonces podemos comparar eso con lo fuerte que suenan aquí en la Tierra, y listo: una distancia.
Esta técnica ya ha producido una medición (relativamente aproximada) de la constante de Hubble a partir de la única fusión de estrellas de neutrones observada.
Pero ese no debería ser el último grito de muerte de la estrella de neutrones que escuchamos. En los próximos años esperamos (¿esperanza?) Atrapar docenas más. Y con cada colisión podemos precisar una distancia confiable al evento ardiente y medir el historial de expansión del universo desde su destino de neutronía, proporcionando una pista completamente diferente para revelar el valor de la constante de Hubble.
Los cosmólogos de la Universidad de Chicago predijeron que dentro de cinco años, la técnica de las sirenas estándar proporcionará mediciones competitivas con los métodos existentes. Pero cuando se trata del gran debate cosmológico del siglo XXI, la pregunta sigue siendo: ¿las sirenas estándar serán el factor decisivo o solo profundizarán el misterio?
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