Astronomové vyvinuli novou metodu ke změření Hubbleovy konstanty

Hubbleova konstanta určuje současnou rychlost rozpínání vesmíru a hraje stěžejní roli v kosmologii: může být využita ke stanovení velikosti a stáří vesmíru, stejně tak může posloužit jako dokonalý nástroj pro interpretaci pozorování vesmírných objektů a jevů. Mezinárodní tým astronomů použil kombinaci detekce gravitačních vln a rádiových pozorování úkazu GW170817, kdy došlo ke splynutí dvou neutronových hvězd pozorovaného v roce 2017, a to k určení mnohem přesnější hodnoty Hubbleovy konstanty.

Dvě hlavní metody používané k určení Hubbleovy konstanty využívají jednak charakteristiky pozadí kosmického mikrovlnného záření – Cosmic Microwave Background (CMB), tj. pozůstatku záření z období Velkého třesku a druhá metoda využívá exploze supernov typu Ia. Avšak tyto dvě metody dávají rozdílné výsledky: 67 a 74 kilometry za sekundu na megaparsek.

„Splynutí neutronových hvězd nám dává novou možnost změření Hubbleovy konstanty, a doufejme, že pomůže vyřešit tento závažný problém,“ říká Kunal Mooley, astronom na National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a Caltech (California Institute of Technology). Tato nová metoda se podobá využití explozí supernov.

Supernovy typu Ia jsou považovány za objekty se stejnou absolutní jasností (tzv. standardní kosmické svíčky); množství vyzářené energie je při nich vždy zhruba stejné. V kombinaci s relativní pozorovanou jasností, jak je viditelná ze Země, lze vypočítat vzdálenost příslušné explodující supernovy.

Změřením tzv. Dopplerova posuvu světla mateřské galaxie supernovy určíme rychlost, jakou se galaxie vzdaluje od Země. Tato rychlost závisí na vzdálenosti a umožňuje určit Hubbleovu konstantu. Abychom získali přesný obraz, musí být uskutečněno velké množství takových měření na rozdílných vzdálenostech.

Když se dvě hmotné neutronové hvězdy srazí, dojde k explozi a k výronu gravitačních vln. Charakter signálu gravitačních vln řekne astronomům, o jak silnou explozi gravitačních vln se jednalo. Změření této intenzity gravitačních vln zaznamenaných na zemském povrchu může poskytnout údaj o vzdálenosti, v jaké ke srážce neutronových hvězd došlo.

„To je naprosto nezávislý prostředek měření, o kterém doufáme, že nám pomůže objasnit, jaká je přesná hodnota Hubbleovy konstanty,“ říká Kunal Mooley.

Nicméně je zde určitý problém. Intenzita gravitačních vln se liší s jejich orientací vůči oběžné rovině neutronových hvězd. Gravitační vlny jsou silnější v kolmém směru vzhledem k oběžné rovině a slabší, pokud rovina proložená oběžnou dráhou neutronových hvězd směřuje směrem k Zemi.

„Abychom mohli využít gravitační vlny k měření vzdálenosti, potřebujeme znát, jaká je jejich orientace vůči směru k Zemi,“ říká Adam Deller, astronom na Swinburne University of Technology.

V průběhu období několika měsíců astronomové využili radioteleskopy ke změření sklonu velmi rychlého výtrysku materiálu vyvrženého během události označené GW170817. „Využili jsme tato měření společně s detailní hydrodynamickou simulací za účelem určení úhlu, pod kterým je skloněna rovina oběžné dráhy hvězd vůči pohledu ze Země, což nám dovolilo použít gravitační vlny k určení vzdálenosti,“ říká Ehud Nakar z Tel Aviv University.

Zatím astronomové vypočítali, že hodnota Hubbleovy konstanty leží někde v intervalu 65,3 až 75,6 kilometrů za sekundu na megaparsek.

„Toto jediné měření události, ke které došlo ve vzdálenosti 130 miliónů světelných roků od Země, ještě není dostatečné k rozřešení této nejistoty, avšak tato metoda nyní může být použita na další detekované případy splynutí neutronových hvězd s produkcí gravitačních vln,“ dodává Ehud Nakar. Větší počet pozorování povede ke zpřesnění hodnoty Hubbleovy konstanty.

Závěry této vědecké práce byly publikovány v časopise Nature Astronomy.

Zdroj: http://www.sci-news.com/astronomy/hubble-constant-neutron-star-merger-07378.html

autor: František Martinek