Jak rychle se rozpíná vesmír? Výpočet z gravitačních vln vychází pomalejší než u jiných metod

Vědci zkombinovali měření gravitačních vln, které vznikly kolizí neutronových hvězd, s elektromagnetickým zářením z těchto událostí. Výsledkem jejich výzkumu je nový odhad pro rychlost rozpínání vesmíru. Tzv. hubblova konstanta, která rozpínání vesmíru popisuje, jim vyšla 66 km/s/Mpc, což je méně než vychází například z pozorování reliktního záření, u kterého vychází hodnota hubblovy konstanty mezi 67 a 70 km/s/Mpc.

Kolize neutronových hvězd GW170817, rentgenová pozorování

Kolize neutronových hvězd GW170817, rentgenová pozorování Vlevo je snímek z vesmírného teleskopu Chandra ze srpna 2017, který zobrazuje kolizi neutronových hvězd GW170817 v rentgenovém záření. Vpravo je snímek ze stejného teleskopu z prosince 2017, kde je GW170817 zřetelně silnější než byla v srpnu.



Gravitační vlny

Gravitační vlny jsou nerovnosti v časoprostoru způsobené interakcí extrémně hmotných těles jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry. Při srážce těchto objektů dochází k deformaci časoprostoru, která se šíří vesmírem a je detekovatelná extrémně citlivými přístroji na Zemi. Díky tomuto efektu mohou vědci zkoumat vzdálené černé díry i bez detekce elektromagnetické radiace (světlo, rádiové vlny, rentgen,...).
  • První detekce gravitačních vln: 14. září 2015 (publikováno v únoru 2016)
  • Počet detekcí: 15 potvrzených do srpna 2019 (a k tomu desítky dalších detekcí s menší mírou jistoty)
  • Detektory: LIGO, VIRGO

Přesná rychlost rozpínání vesmíru je zatím neznámá. Různými způsoby výpočtu vychází toto číslo vždy jiné. Největší rozdíl se jeví mezi výpočtem z reliktního záření, které pochází z raného vesmíru a podle kterého se vesmír rozpíná rychlostí kolem 68 km/s/Mpc, a z pozorování blízkých objektů jako jsou supernovy, cepheidy a jiné objekty, zde vychází hubblova konstanta nad 70 km/s/Mpc. 

Výpočet pomocí gravitačních vln je zcela nový přístup, který byl umožněn první detekcí kolize neutronových hvězd v roce 2017. Právě kolize neutronových hvězd totiž generuje jak gravitační vlny, tak také světlo, které lze analyzovat (u většiny detekovaných gravitačních vln byla původem kolize černých děr, ze které žádné světlo do vesmíru neuniká).

Nová metoda zkoumání rozpínání vesmíru ale zatím nemá příliš s čím pracovat, světlo i gravitační vlny se zatím podařilo detekovat pouze z jediné takové události (GW170817). I když gravitační detektory LIGO a Virgo zachytily v roce 2019 dalšího pravděpodobného kandidáta, nepodařilo se u něj zjistit žádnou elektromagnetickou radiaci (mohla vzniknout černá díra, která světlo z této události pohltila). Hubblova konstanta vypočítaná tímto způsobem se bude postupně zpřesňovat, jak budou přicházet další pozorování.

Rozpínání vesmíru

Rozpínání vesmíru se měří prostřednictvím hubblovy konstanty H0 (Hubblův-Lemaîterův zákon), která udává o kolik kilometrů se za sekundu rozšíří prostor jednoho megaparseku (3,26 milionů světelných let). Způsobů k vypočítání této hodnoty je několik, v blízkém vesmíru například astronomové pozorují konkrétní hvězdy (cefeidy) nebo supernovy, u kterých pomocí rudého posuvu pozorují, jak rychle se od nás vzdalují. Ve vzdáleném vesmíru zkoumají reliktní záření (CMB). Novým způsobem je potom zkoumání rozpínání vesmíru pomocí gravitačních vln.

Rok Metoda Výsledek
km/s/Mpc
1929 Edwin Hubble potvrdil, že se vesmír rozpíná. Konstantu rozpínání tehdy určil na 500 km/s na megaparsek, takto vysoká byla kvůli různým nepřesnostem při měření. 500
1950´s Zpřesnění hubblovy konstanty. 70
1990´s Potvrzení zrychlující se expanze vesmíru, temná energie se stává nejpřijímanějším vysvětlením tohoto zrychlování.
2001-2010 Americká vesmírná sonda WMAP změřila hubblovu konstantu pozorováním reliktního záření po velkém třesku. 68-70
2009-2013 Evropská vesmírná sonda Planck naměřila ještě nižší hodnoty hubblovy konstanty podobnou metodou jako WMAP. 67-68
2016 Měření rychlosti vzdalování supernov typu Ia od Země. 72-75
2017 Na prvních několika detekovaných gravitačních vlnách bylo ověřeno, že lze rozpínání vesmíru odvodit také tímto způsobem, hodnoty jsou však zatím velmi nepřesné (62-82 km/s na megaparsek) a vyžadují více detekcí gravitačních vln. 62-82
2018 Hodnoty odvozené z pozorování cefeid potvrzují nesouvislost mezi měřeními mikrovlnného záření a pozorování hvězd a supernov.
2019 Pozorování světla vzdálených kvazarů, jejichž světlo bylo rozděleno gravitační čočkou. 72,5
2019 Zpřesnění měření pomocí pozorování cepheid Hubblovým teleskopem. 74,03
2019 Na základě detekovaných gravitačních vln z kolize neutronových hvězd a následného elektromagnetického záření přišli vědci s novou hodnotou hubblovy konstanty. 70.3
2019 Měření pomocí pozorování červených obrů Hubblovým teleskopem. 69.8
2019 Gama záření a rozptýlené extragalaktické světelné pozadí 67,4
2020 Porovnání gravitačních vln a elektromagnetického záření z kolizí neutronových hvězd 66,2
Více informací k tématu
Líbil se Vám tento článek?

Podpořte tento web sdílením našeho obsahu:

Chcete vědět o dalším článku?

Následujte LIVINGfUTURE na sociálních sítích.


Další zprávy z kategorie Gravitační vlny

Observatoř velikosti celé galaxie ukazuje astronomům náznaky gravitačních vln vzniklých při velkém třesku

13. 1. 2021 (novější než zobrazený článek)

Prostřednictvím sítě International Pulsar Timing Array (IPTA) vědci z celého světa pátrají po gravitačních vlnách, které jsou ozvěnou velkého třesku. Podle teorie by takové gravitační vlny měly vytvářet šum na pozadí, který prostupuje celým vesmírem.

celý článek

Dvojice teleskopů GECAM bude v gama záření zkoumat události, ve kterých vznikají gravitační vlny

13. 12. 2020

Čínské centrum pro vesmírnou vědu (National Space Science Center) ve čtvrtek vyslalo na oběžnou dráhu dvojici stejných teleskopů GECAM (Gravitational Wave High-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor). Jak už název napovídá, jejich úkolem bude hledání elektromagnetických projevů událostí, ve kterých vznikají gravitační vlny. Lidstvo zatím zná pouze jednu takovou událost - kolize neutronových hvězd.

celý článek

Gravitační vlny lidstvu odhalily první černou díru střední velikosti, vznikla kolizí menších černých děr

4. 9. 2020

Vědcům se podařilo detekovat zatím nejmasivnější černou díru prostřednictvím gravitačních vln. Má hmotnost 142 Sluncí a vznikla při kolizi dvou menších černých děr. Jedná se o zatím nejtěžší známou černou díru v této kategorii. Podle nové studie v magazínu Physical Review Letters and Astrophysical Journal Letters vznikla jedna z původních černých děr této kolize také v kolizi.

celý článek

Střed sluneční soustavy se nachází jen těsně nad povrchem Slunce

8. 7. 2020

Sluneční soustavě vévodí Slunce, kolem kterého obíhají planety a další objekty. Její střed však není v centru Slunce, jak by se mohlo zdát, je to těsně nad jeho povrchem. A pohybuje se, podle toho, kde se zrovna nachází zejména planeta Jupiter. Vědci nyní s přesností na 100 metrů určili polohu barycentra sluneční soustavy. S novými údaji by tak nyní mohlo být snadnější zachytit nízkofrekvenční gravitační vlny.

Kolem jedné z nejmasivnějších známých černých děr obíhá ještě jedna menší - vědci ukázali jak kolem sebe tančí

30. 4. 2020

Astronomům se podařilo podrobně zmapovat vzájemný pohyb dvou supermasivních černých děr. V nesourodém páru extrémně masivní černé díry a menšího partnera dochází ke zdánlivě nepravidelným zábleskům detekovatelným ze Země. Nové simulace ukazují, že jde o krásnou synchronizaci pohybu dvou masivních těles.

celý článek

Gravitační vlny odhalily vzácnou kolizi lehké a těžké černé díry

20. 4. 2020

Jedny z gravitačních vln zachycených v loňském roce byly podle vědců vytvořeny dosud nejrozdílnějším párem černých děr: jedna z nich byla třikrát masivnější než druhá. Tento rozdíl způsobil vznik gravitačních vln s hned několika frekvencemi.

celý článek

Vědci možná objevili důkaz existence hawkingovy radiace, která jako jediná dokáže uniknout z černé díry

10. 2. 2020

Astronomové zkoumající data z první známé kolize neutronových hvězd z roku 2017 objevili náznaky ozvěn, které podle nich naznačují existenci hawkingovy radiace vycházející z výsledného objektu. Tato radiace je podle teorie jediná, která by mohla unikat z černé díry a jejím prostřednictvím by tak mohlo docházet k pozvolnému vypařování černých děr. Výsledky svého výzkumu publikoval vědecký tým vedený Niayeshem Afshordim ve vědeckém magazínu Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

celý článek