Десятилетиями астрономы знали, что Вселенная расширяется, но вопрос о скорости этого процесса до сих пор остается одним из самых острых в современной космологии. Проблема, известная как «напряженность Хаббла», заключается в серьезном расхождении между двумя основными методами измерения: один основан на наблюдениях за реликтовым излучением ранней Вселенной, а другой – на данных о более близких к нам объектах, таких как сверхновые звезды. Поскольку оба подхода опираются на одни и те же фундаментальные законы физики, их результаты должны совпадать, однако этого не происходит. Этот парадокс может указывать на то, что наша стандартная космологическая модель неполна.
Команда астрофизиков из Иллинойсского и Чикагского университетов предложила новый способ измерения константы Хаббла, который может помочь разрешить это противоречие. Их метод основан на анализе гравитационных волн – неуловимых колебаний ткани пространства-времени, возникающих при слиянии сверхмассивных объектов, например, черных дыр. Ученые решили не концентрироваться на отдельных, мощных всплесках, а «прислушаться» к общему фоновому гулу, создаваемому бесчисленными слияниями черных дыр по всей Вселенной, которые слишком слабы, чтобы их можно было зафиксировать поодиночке.
Идея, названная методом «стохастической сирены», проста: общая мощность этого гравитационно-волнового фона напрямую зависит от объема наблюдаемой Вселенной. Если бы Вселенная расширялась медленнее, ее объем был бы меньше, а значит, слияния черных дыр происходили бы в более «тесном» пространстве. Это, в свою очередь, привело бы к более интенсивному фоновому сигналу. Таким образом, измерив или даже просто ограничив сверху мощность этого фона, можно исключить определенные значения скорости расширения. «Мы показываем, что, используя фоновый гравитационно-волновой гул от слияния черных дыр в далеких галактиках, мы можем узнать о возрасте и составе Вселенной», – отмечает один из авторов исследования, профессор Дэниел Хольц.
Исследователи уже применили свой подход к данным, собранным гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO-Virgo-KAGRA. Хотя сам фоновый сигнал еще не был обнаружен напрямую, команде удалось установить верхний предел его интенсивности. Это позволило исключить самые низкие значения константы Хаббла и, в сочетании с данными от индивидуальных слияний, получить более точную оценку скорости расширения. По словам профессора Николаса Юнеса, «этот результат очень важен – получение независимого измерения константы Хаббла необходимо для разрешения существующей напряженности».
По прогнозам ученых, по мере повышения чувствительности детекторов гравитационно-волновой фон будет напрямую зафиксирован в течение ближайших шести лет. Это сделает новый метод еще более мощным и точным инструментом для космологов. Дальнейшие измерения помогут либо подтвердить существующую модель Вселенной, либо укажут на необходимость ее пересмотра, возможно, с введением новых понятий, таких как ранняя темная энергия или неизвестные взаимодействия темной материи. Таким образом, «космический гул» черных дыр открывает совершенно новое направление в изучении фундаментальных свойств нашего мира.
