الفلك

كيف يتم تحديد ثابت هابل من موجات الجاذبية؟

كيف يتم تحديد ثابت هابل من موجات الجاذبية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نعلم أن هناك تناقضًا بين قياسات ثابت هابل ، H_0 دولار. من جانب هناك طريقة مهمة بلانك ، حيث يستخدمون CMB و $ لامدا $نموذج آلية التنمية النظيفة لتحديد ثابت هابل. على الجانب الآخر ، يستخدمون الشموع القياسية ، مثل متغيرات Cepheid (على سبيل المثال: Riess et al. ، 2019) والعمالقة الحمراء (على سبيل المثال: Freedman et al. ، 2020). لا تتداخل القياسات الدقيقة للغاية وبالتالي نحتاج إلى "حل".

طريقة واحدة لتحسين معرفتنا H_0 دولار باستخدام موجات الجاذبية لتحديد ثابت هابل (فيني وآخرون ، نسخة Arxiv). يقارنون "القوة" المقاسة لموجة الجاذبية مع "قوة" الموجة عندما تم إنشاؤها لتحديد المسافة إلى الجسم المصدر. ولكن كيف يحسبون / يحددون "قوة" الموجة عند المصدر؟ أعلم أنهم يستخدمون أيضًا ملاحظة EMS لحساب الانزياح الأحمر (وتحول هذا الانزياح الأحمر إلى سرعة شعاعية مقسومًا على المسافة H_0 دولار) ، ولكن من أين يحسبون مصدر "قوة" الموجة الثقالية؟ كيف يمكنهم تحديد مقدار الطاقة التي فقدتها الموجة؟ لا أستطيع أن أجد الإجابة.


إذا قمت بقياس شكل موجة الجاذبية من ثنائي ملهم ، يمكنك في أي وقت قياس السعة والتردد اللحظي ومعدل تغير التردد. يمنحك الأخيران "كتلة الغرد" ، والتي ترتبط بحاصل ضرب ومجموع كتل المكون الثنائي.

ثم يعتمد اتساع موجة الجاذبية على كتلة الزقزقة والمسافة إلى المصدر. وبالتالي يمكننا تقدير المسافة (اللمعان).

إذا علمنا بعد ذلك الانزياح الأحمر للمصدر ، أو على الأقل الانزياح الأحمر للمجرة الموجودة فيه ، فمن الممكن تقدير معامل هابل بشكل مستقل. لذلك لا يمكن القيام بذلك إلا لمصادر الموجات الثقالية ذات المجرات المضيفة المحددة (حتى الآن لا يمكن القيام بذلك إلا لمصادر GW التي تُظهر نظيرًا كهرومغناطيسيًا - دمج النجوم النيوترونية).

إنه أكثر تعقيدًا قليلاً من هذا ، لأن السعة تعتمد أيضًا على ميل المدار الثنائي إلى خط البصر. لحسن الحظ ، يمكن تقييد ذلك عن طريق قياس السعات النسبية لاثنين من استقطابات الموجات الثقالية المحتملة (+ و ×) ويمكن القيام بذلك إذا كان لديك مقياسان تداخل بتوجيهات مختلفة لأذرعهما (مثل LIGO و VIRGO على سبيل المثال) ، والذي أيضًا يساعد في تحديد مصدر GW في السماء للبحث عن نظرائه الكهرومغناطيسية.


يمكن لموجات الجاذبية أن تحسم جدل هابل المستمر

أظهرت عمليات المحاكاة التي أجراها فريق دولي من الباحثين أن القياسات الجديدة لموجات الجاذبية يمكن أن تحل أخيرًا التناقض في ثابت هابل المبلغ عنه باستخدام تقنيات قياس مختلفة. وجد العلماء أن تراكم إشارات الموجات الثقالية من اندماج 50 نجمًا نيوترونيًا ثنائيًا ، سيؤدي إلى الحصول على القيمة الأكثر دقة للثابت حتى الآن - والتي لن تحسم الجدل فحسب ، بل تؤكد أيضًا ما إذا كانت هناك مشكلات في النموذج الكوني القياسي الحالي. .

يمثل ثابت هابل المعدل الذي يتوسع به الكون حاليًا وهو حيوي لحساب كل من عمره وحجمه. يستخدم الثابت أيضًا على نطاق واسع في علم الفلك للمساعدة في تحديد كتل النجوم ولمعانها ، ومقاييس حجم مجموعات المجرات ، وأكثر من ذلك بكثير. ومع ذلك ، أسفرت طريقتان مختلفتان لتقدير قيمة ثابت هابل عن نتائج مختلفة جدًا

لقياس ثابت هابل مباشرة ، يحتاج العلماء إلى معرفة السرعة الشعاعية الخارجية للمجرة وبعدها عن الأرض. يمكن الحصول على أول هذه القياسات من الانزياح الأحمر الطيفي للمجرة ، ولكن يصعب تحديد المسافة إلى المجرة مباشرة.

من الطرق الشائعة لتقدير المسافة استغلال ما يسمى بـ "الشموع القياسية" - النجوم المتغيرة Cepheid أو المستعرات الأعظمية من النوع 1a التي لها لمعان مطلق. في عام 2016 ، كان أفضل تقدير تم الحصول عليه لثابت هابل بهذه الطريقة هو 73.2 كيلومترًا في الثانية - 1 مليون وحدة في الثانية - 1 - يختلف اختلافًا كبيرًا عن قيمة 67.8 كيلومترًا في الثانية - 1 ميجا بكسل - 1 التي تم الحصول عليها في نفس العام من خلال دراسة إشعاع الخلفية الميكروية الكونية. (CMB). لم يتم توضيح التناقض بعد ، لأن القيم يجب أن تتفق فيما إذا كان النموذج الكوني القياسي صحيحًا.

في هذه الدراسة الجديدة ، حاول باحثون من أوروبا والولايات المتحدة التوفيق بين هاتين النتيجتين. استغل العلماء مفهوم "التوزيع التنبئي اللاحق" (PPD) ، وهي منهجية تستخدم غالبًا لتحديد إمكانية تكرار نتائج التجارب. يعتمد PPD على وجهة نظر ديناميكية للاحتمال - بمعنى آخر ، وجهة نظر تتغير مع الحصول على معلومات جديدة.

في هذه الحالة ، طبق العلماء PPD لمحاكاة قياسات ثابت هابل باستخدام هاتين الطريقتين المختلفتين ، وللتحقق من توافقها مع النموذج الكوني القياسي. أحد الاكتشافات المثيرة للاهتمام هو أن هناك احتمالًا بنسبة 6٪ على الأقل أن التناقض الحالي في ثابت هابل ناتج تمامًا عن خطأ عشوائي.

ثم قاموا بمحاكاة كيف يمكن للبيانات المستقلة الجديدة أن تساعد في حل النقاش. بدت موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج النجوم النيوترونية وسيلة واعدة للاستكشاف ، لأن إشاراتها تؤدي إلى قيود على المسافة إلى النجوم الثنائية. لذلك يجب أن توفر قياسات موجات الجاذبية تقديرًا لثابت هابل دون وضع أي افتراضات حول علم الكون في الكون.

وجد الباحثون أن 50 اكتشافًا لإشارات الموجات الثقالية من اندماج النجوم النيوترونية ستكون ضرورية للتحكيم الصحيح بين القيمتين المختلفتين لثابت هابل. إن تضمين مجموعة البيانات هذه في محاكاة PPD الخاصة بهم من شأنه ، كما يزعمون ، الحصول على القيمة الأكثر دقة لثابت هابل الذي تم قياسه حتى الآن - مع خطأ أقل من 1.8٪. إذا حكمنا من خلال التقدم الحالي ، فإن ملاحظات 50 عملية اندماج نجم نيوتروني يمكن أن تتحقق في غضون العقد المقبل.


قد تساعد موجات الجاذبية في حل لغز ثابت هابل

انطباع فنان & # 8217s لنجمين نيوترونيين على وشك الاندماج ، مما يولد موجات جاذبية تشوه نسيج الفضاء. الصورة: ناسا / تود ستروماير (GSFC) / دانا بيري (مرصد شاندرا للأشعة السينية

قد يساعد المجال الناشئ لعلم فلك الموجات الثقالية في حل معضلة كونية مزعجة: التناقض بين التقنيتين الرئيسيتين لتحديد ثابت هابل ، وهو مقياس لمدى سرعة توسع الكون ومؤشر رئيسي لحجم وشكل وتطور المستقبل. الكون.

تستخدم إحدى التقنيات النجوم المتغيرة Cepheid القريبة نسبيًا والمستعرات الأعظمية من النوع 1a البعيدة مثل & # 8220 الشموع القياسية ، & # 8221 مما يسمح لهم بقياس المعدل الحالي للتوسع العالمي وكيف تغير على مدار تاريخ الكون. يُقاس بالكيلومترات في الثانية لكل مليون فرسخ فلكي (3.26 مليون سنة ضوئية) ، يصل ثابت هابل المحسوب بهذه الطريقة إلى 73.2.

تتضمن تقنية أخرى دراسة دقيقة لإشعاع الخلفية الميكروي المتخلف عن الانفجار العظيم. في عام 2015 ، حلل فريق من علماء الفلك البيانات التي جمعتها وكالة الفضاء الأوروبية ومركبة غايا الفضائية رقم 8217 وتوصلوا إلى ثابت هابل البالغ 67.8.

توفر التقنيات الأخرى إجابات مختلفة قليلاً. ولكن إذا كانت الافتراضات الأساسية حول الكون المبكر صحيحة ، فيجب أن يتفقوا جميعًا.

& # 8220 يمكننا قياس ثابت هابل باستخدام طريقتين ، الأولى برصد النجوم القيفاوية والمستعرات الأعظمية في الكون المحلي ، والثانية باستخدام قياسات إشعاع الخلفية الكونية من الكون المبكر ، & # 8221 قالت هيرانيا بيريس ، أستاذة الفيزياء وعلم الفلك في كلية لندن سيتي. & # 8220 لكن هذه الأساليب لا تعطي نفس القيم ، مما يعني أن نموذجنا الكوني القياسي قد يكون معيبًا ".

دراسة جديدة في رسائل المراجعة البدنية يوضح كيف يمكن استخدام موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج النجوم النيوترونية الثنائية للتوصل إلى قيمة أكثر موثوقية لثابت هابل.

يمكن اكتشاف موجات الجاذبية المتولدة عندما يدور نجمان نيوترونيان أقرب وأقرب من بعضهما بواسطة مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية وكاشفات العذراء ، مما يوفر قياسًا لمدى بُعد النظام عن الأرض. من خلال دراسة الضوء من عمليات الاندماج المتفجرة ، يمكن تحديد سرعة النظام & # 8217s. من هذه البيانات ، يمكن حساب قيمة دقيقة لثابت هابل.

& # 8220 لقد حسبنا أنه من خلال مراقبة 50 نجمًا نيوترونيًا ثنائيًا خلال العقد القادم ، سيكون لدينا بيانات موجات ثقالية كافية لتحديد أفضل قياس بشكل مستقل لثابت هابل ، & # 8221 قال المؤلف الرئيسي الدكتور ستيفن فيني من مركز الحوسبة الفيزياء الفلكية في معهد فلاتيرون في مدينة نيويورك. & # 8220 يجب أن نكون قادرين على اكتشاف عمليات اندماج كافية للإجابة على هذا السؤال في غضون 5-10 سنوات. & # 8221

ستمول المنح الأخيرة من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، والبحوث والابتكار في المملكة المتحدة ، ومجلس الأبحاث الأسترالي ، ترقيات LIGO المتوقع أن تكون في مكانها بحلول عام 2024 والتي ستزيد من حجم الفضاء الذي يمكن لمرصد موجة الجاذبية & # 8220 see & # 8221 حتى سبعة مرات. تُعرف الترقيات باسم Advanced LIGO Plus.

قال David Reitze ، المدير التنفيذي لـ LIGO في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "نتوقع باستخدامه اكتشاف موجات الجاذبية من عمليات اندماج الثقوب السوداء على أساس يومي ، مما يزيد بشكل كبير من فهمنا لهذا القطاع المظلم من الكون". & # 8220 ملاحظات الموجات الثقالية لتصادم النجوم النيوترونية ، التي أصبحت الآن نادرة جدًا ، ستصبح أكثر تواترًا ، مما يسمح لنا بالتحقيق بشكل أعمق في بنية تصميماتها الداخلية الغريبة. "


يطور علماء الفلك طريقة جديدة لقياس ثابت هابل

يقيس ثابت هابل معدل التوسع الحالي لكوننا ويلعب دورًا أساسيًا في علم الكونيات: يمكن استخدامه لتحديد حجم الكون وعمره ، بالإضافة إلى استخدامه كأداة أساسية لتفسير ملاحظات الأجسام الكونية. استخدم فريق دولي من علماء الفلك مزيجًا من موجات الجاذبية والأرصاد الراديوية لـ GW170817 ، وهو اندماج نجمين نيوترونيين تم اكتشافهما في عام 2017 ، للتوصل إلى قيمة أكثر دقة لثابت هابل.

رسم فنان لنجمين نيوترونيين مدمجين. رصيد الصورة: NSF / LIGO / جامعة ولاية سونوما / أ. سيمونيت.

تستخدم طريقتان رئيسيتان لتحديد ثابت هابل خصائص الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، أو الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم ، أو انفجارات المستعر الأعظم من النوع Ia. ومع ذلك ، فإن هاتين الطريقتين تعطي نتائج مختلفة.

قال الدكتور كونال مولي ، عالم الفلك في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO) ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "يمنحنا اندماج النجوم النيوترونية طريقة جديدة لقياس ثابت هابل ، ونأمل في حل المشكلة".

التقنية الجديدة مشابهة لتلك التي تستخدم انفجارات السوبرنوفا.

يُعتقد أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia تمتلك سطوعًا جوهريًا يمكن حسابه بناءً على السرعة التي تضيء بها ثم تتلاشى.

قياس السطوع كما يُرى من الأرض يخبرنا عن المسافة إلى انفجار المستعر الأعظم.

يشير قياس تحول دوبلر للضوء من المجرة المضيفة للمستعر الأعظم إلى السرعة التي تنحسر بها المجرة عن الأرض. ينتج عن السرعة مقسومة على المسافة ثابت هابل.

للحصول على رقم دقيق ، يجب إجراء العديد من هذه القياسات على مسافات مختلفة.

عندما يصطدم نجمان نيوترونيان هائلان ، ينتج عنهما انفجار واندفاع من موجات الجاذبية.

يخبر شكل إشارة الموجة الثقالية العلماء مدى "سطوع" موجة الجاذبية تلك.

قياس "سطوع" أو شدة موجات الجاذبية كما وردت على الأرض يمكن أن يعطي المسافة.

قال الدكتور مولي: "هذه وسيلة قياس مستقلة تمامًا ونأمل أن توضح القيمة الحقيقية لثابت هابل".

ومع ذلك ، هناك منعطف. تختلف شدة موجات الجاذبية باختلاف اتجاهها فيما يتعلق بالمستوى المداري للنجمين النيوترونيين. تكون موجات الجاذبية أقوى في الاتجاه العمودي للمستوى المداري ، وأضعف إذا كان المستوى المداري على الحافة كما يُرى من الأرض.

قال الدكتور آدم ديلر ، عالم الفلك في جامعة سوينبرن للتكنولوجيا: "من أجل استخدام موجات الجاذبية لقياس المسافة ، نحتاج إلى معرفة هذا الاتجاه".

على مدى أشهر ، استخدم علماء الفلك التلسكوبات الراديوية لقياس حركة نفاثة فائقة السرعة من المواد التي أطلقها حدث GW170817.

قال الدكتور إيهود نكار ، من جامعة تل أبيب: "لقد استخدمنا هذه القياسات جنبًا إلى جنب مع عمليات محاكاة هيدروديناميكية مفصلة لتحديد زاوية الاتجاه ، وبالتالي السماح باستخدام موجات الجاذبية لتحديد المسافة".

حسب علماء الفلك أن قيمة ثابت هابل كانت بين 40.6 ميلاً (65.3 كم) و 47 ميلاً (75.6 كم) في الثانية لكل ميجا فرسخ.

وقالوا: "هذا القياس الفردي لحدث يبعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية عن الأرض ، ليس كافيًا بعد لحل حالة عدم اليقين ، ولكن يمكن الآن تطبيق هذه التقنية على عمليات اندماج النجوم النيوترونية المستقبلية التي تم اكتشافها بواسطة موجات الجاذبية".

يظهر عمل الفريق في المجلة علم الفلك الطبيعي.

K. Hotokezaka وآخرون. قياس ثابت هابل من الحركة فائقة اللمعان للطائرة في GW170817. علم الفلك الطبيعي، نُشر على الإنترنت في 8 يوليو 2019 دوى: 10.1038 / s41550-019-0820-1


مقياس صفارات الإنذار القياسي لموجة الجاذبية لثابت هابل

في 17 أغسطس 2017 ، لاحظ جهازا كشف LIGO و Virgo المتقدمان حدث موجة الجاذبية GW170817 - إشارة قوية من اندماج نظام نجمي نيوتروني ثنائي. بعد أقل من ثانيتين من الاندماج ، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما (GRB 170817A) داخل منطقة من السماء متوافقة مع الموقع المشتق من LIGO-Virgo لمصدر موجة الجاذبية. تم رصد هذه المنطقة من السماء لاحقًا بواسطة مرافق علم الفلك البصري ، مما أدى إلى تحديد إشارة ضوئية عابرة في غضون حوالي عشرة ثوان قوسية من المجرة NGC 4993. هذا الكشف عن GW170817 في كل من موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية يمثل أول فلكي "متعدد الرسالات" الملاحظة. تمكن مثل هذه الملاحظات من استخدام GW170817 كـ "صفارة إنذار قياسية" (بمعنى أنه يمكن تحديد المسافة المطلقة إلى المصدر مباشرةً من قياسات موجة الجاذبية) لقياس ثابت هابل. تمثل هذه الكمية معدل التوسع المحلي للكون ، وتحدد المقياس العام للكون وهي ذات أهمية أساسية لعلم الكونيات. هنا نبلغ عن قياس ثابت هابل الذي يجمع المسافة إلى المصدر المستنتج تمامًا من إشارة موجة الجاذبية مع سرعة الركود المستنتج من قياسات الانزياح الأحمر باستخدام البيانات الكهرومغناطيسية. على عكس القياسات السابقة ، لا تتطلب قياساتنا استخدام "سلم المسافة" الكوني: يمكن استخدام تحليل موجة الجاذبية لتقدير مسافة اللمعان إلى المقاييس الكونية مباشرةً ، دون استخدام قياسات المسافة الفلكية المتوسطة. نحدد ثابت هابل بحوالي 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. تتوافق هذه القيمة مع القياسات الحالية ، مع كونها مستقلة تمامًا عنها. قياسات صفارات الإنذار القياسية الإضافية من مصادر موجات الجاذبية المستقبلية ستمكّن من تقييد ثابت هابل بالدقة العالية.


في 17 أغسطس 2017 ، لاحظ كاشفا LIGO 1 و Virgo 2 المتقدمان حدث موجة الجاذبية GW170817 - إشارة قوية من اندماج نظام نجمي نيوتروني ثنائي 3. بعد أقل من ثانيتين من الاندماج ، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما (GRB 170817A) داخل منطقة من السماء متوافقة مع الموقع المشتق من LIGO-Virgo لمصدر موجة الجاذبية 4-6. تمت ملاحظة منطقة السماء هذه لاحقًا بواسطة مرافق علم الفلك البصري 7 ، مما أدى إلى تحديد 8-13 لإشارة عابرة ضوئية في غضون حوالي عشر ثوانٍ قوسية من المجرة NGC 4993. هذا الكشف عن GW170817 في كل من موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية يمثل أول "متعدد" - الملاحظة الفلكية للرسول. تمكن مثل هذه الملاحظات من استخدام GW170817 كـ "صفارة الإنذار القياسية" 14-18 (بمعنى أنه يمكن تحديد المسافة المطلقة إلى المصدر مباشرة من قياسات الموجة الثقالية) لقياس ثابت هابل. تمثل هذه الكمية معدل التوسع المحلي للكون ، وتحدد المقياس العام للكون وهي ذات أهمية أساسية لعلم الكونيات. هنا نبلغ عن قياس ثابت هابل الذي يجمع المسافة إلى المصدر المستنتج تمامًا من إشارة موجة الجاذبية مع سرعة الركود المستنتج من قياسات الانزياح الأحمر باستخدام البيانات الكهرومغناطيسية. على عكس القياسات السابقة ، لا تتطلب قياساتنا استخدام "سلم المسافة" الكوني 19: يمكن استخدام تحليل موجة الجاذبية لتقدير مسافة اللمعان إلى المقاييس الكونية مباشرةً ، دون استخدام قياسات المسافة الفلكية المتوسطة. نحدد ثابت هابل بحوالي 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. تتوافق هذه القيمة مع القياسات الحالية 20،21 ، بينما تكون مستقلة تمامًا عنها. قياسات صفارات الإنذار القياسية الإضافية من مصادر الموجات الثقالية المستقبلية ستمكّن من تقييد ثابت هابل بالدقة العالية.

  • APA
  • مؤلف
  • BIBTEX
  • هارفارد
  • اساسي
  • RIS
  • فانكوفر

مقياس صفارات الإنذار القياسي لموجة الجاذبية لثابت هابل. / Ligo Scientific Collaboration Virgo Collaboration 1M2H Collaboration كاميرا الطاقة المظلمة GW-EM Collaboration DES Collaboration DLT40 Collaboration مرصد Las Cumbres ، VINRO UGE Collaboration MASTER Collaboration.

في: الطبيعة ، المجلد. 551 ، رقم 7678 ، 02.11.2017 ، ص. 85-98.

مخرجات البحث: المساهمة في المجلة ›المقال› مراجعة الأقران

T1 - قياس صفارة الإنذار القياسي لموجة الجاذبية لثابت هابل

AU - Ligo Scientific Collaboration

AU - كاميرا الطاقة المظلمة GW-EM Collaboration

AU - تعاون مرصد لاس كومبريس

تعاون AU - VINRO UGE

N1 - معلومات التمويل: شكر وتقدير نحن نقدر دعم مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) لبناء وتشغيل مختبر LIGO و LIGO المتقدم بالإضافة إلى مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (STFC) في المملكة المتحدة ، و Max-Planck-Society (MPS) ، وولاية Niedersachsen / ألمانيا لدعم بناء LIGO المتقدم وبناء وتشغيل كاشف GEO600. تم تقديم دعم إضافي لـ LIGO المتقدم من قبل مجلس الأبحاث الأسترالي. نعترف بالمؤسسة الإيطالية Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ، والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) ومؤسسة البحوث الأساسية حول المادة بدعم من المنظمة الهولندية للبحث العلمي لبناء وتشغيل كاشف برج العذراء و إنشاء ودعم اتحاد EGO. نعترف بالدعم البحثي من هذه الوكالات وكذلك من قبل مجلس البحوث العلمية والصناعية في الهند ، قسم العلوم والتكنولوجيا ، الهند ، مجلس أبحاث العلوم والهندسة (SERB) ، الهند ، وزارة تنمية الموارد البشرية ، الهند ، و Agencia Estatal de Investigación ، و Vicepresidència i Conselleria d'Innovació ، و Recerca i Turisme ، و Conselleria d'Educació i Universitat del Govern de les Illes Balears ، و Conselleria d'Educació ، و Investigació ، و Cultura i Esport de la Generalitat Val المركز الوطني للعلوم في بولندا ، والمؤسسة السويسرية الوطنية للعلوم (SNSF) ، والمؤسسة الروسية للأبحاث الأساسية ، ومؤسسة العلوم الروسية ، والمفوضية الأوروبية ، وصناديق التنمية الإقليمية الأوروبية (ERDF) ، والجمعية الملكية ، ومجلس التمويل الاسكتلندي ، تحالف فيزياء الجامعات الاسكتلندية ، والصندوق المجري للبحث العلمي (OTKA) ، ومعهد ليون للأصول (LIO) ، والبحوث الوطنية ، ومؤسسة Devel مكتب العمليات والابتكار في المجر (NKFI) ، والمؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا ، والصناعة الكندية ، ومقاطعة أونتاريو من خلال وزارة التنمية الاقتصادية والابتكار ، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ، والمعهد الكندي للأبحاث المتقدمة ، والبرازيلية وزارة العلوم والتكنولوجيا والابتكارات والاتصالات ، والمركز الدولي للفيزياء النظرية ، ومعهد أمريكا الجنوبية للبحوث الأساسية (ICTP-SAIFR) ، ومجلس المنح البحثية في هونغ كونغ ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (NSFC) ، و Leverhulme Trust و Research Corporation ووزارة العلوم والتكنولوجيا (MOST) وتايوان ومؤسسة Kavli. نعترف بدعم NSF و STFC و MPS و INFN و CNRS و State of Niedersachsen / Germany لتوفير الموارد الحسابية. تم تخصيص رقم الوثيقة لهذه الورقة LIGO-P1700296. نشكر جامعة كوبنهاغن ومركز DARK Cosmology وأكاديمية نيلز بور الدولية لاستضافتها DAC و R.J.F. و A.M.B. و E. Ramirez-Ruiz و M.R.S. أثناء اكتشاف GW170817 / SSS17a. R.J.F. و A.M.B. و E. Ramirez-Ruiz و D.E.H. كانوا يشاركون في برنامج كافلي الصيفي في الفيزياء الفلكية ، "الفيزياء الفلكية مع اكتشاف موجات الجاذبية". تم دعم هذا البرنامج من قبل مؤسسة كافلي ، والمؤسسة الدنماركية الوطنية للبحوث ، وأكاديمية نيلز بور الدولية ، ومركز دارك لعلم الكونيات. يتم دعم مجموعة UCSC جزئيًا من خلال منحة NSF AST-1518052 ومؤسسة Gordon & amp Betty Moore ومؤسسة Heising-Simons والتبرعات السخية من العديد من الأفراد من خلال منحة UCSC Giving Day ومن الزمالات من مؤسسة Alfred P. Sloan ( RJF) ، ومؤسسة David and Lucile Packard (RJF و E. Ramirez-Ruiz) وأستاذية نيلز بور من DNRF (إي. راميريز-رويز). أ. يقر الدعم من زمالة الدكتوراه UCMEXUS-CONACYT. تم تقديم الدعم لهذا العمل من قبل وكالة ناسا من خلال زمالة هابل التي تمنح HST – HF – 51348.001 و HST – HF – 51373.001 الممنوحة من قبل معهد علوم التلسكوب الفضائي ، الذي تديره رابطة الجامعات للبحوث في علم الفلك ، وشركة ناسا ، بموجب عقد NAS5 - 26555. يتم دعم مجموعة Berger Time-Domain Group في هارفارد جزئيًا من قبل NSF من خلال منح AST-1411763 و AST-1714498 ، ومن قبل وكالة ناسا من خلال المنح NNX15AE50G و NNX16AC22G. تم توفير التمويل لمشاريع DES من قبل وزارة الطاقة و NSF (الولايات المتحدة الأمريكية) ، MEC / MICINN / MINECO (إسبانيا) ، STFC (المملكة المتحدة) ، HEFCE (المملكة المتحدة). NCSA (UIUC) ، KICP (الولايات المتحدة شيكاغو) ، CCAPP (ولاية أوهايو) ، MIFPA (Texas A & ampM) ، CNPQ ، FAPERJ ، FINEP (البرازيل) ، DFG (ألمانيا) والمؤسسات المتعاونة في مسح الطاقة المظلمة. المؤسسات المتعاونة هي Argonne Lab، UC Santa Cruz، University of Cambridge، CIEMAT-Madrid، University of Chicago، University College London، DES-Brazil Consortium، University of Edinburgh، ETH Zürich، Fermilab، University of Illinois، ICE (IEEC-CSIC ) ، IFAE Barcelona ، مختبر لورانس بيركلي ، LMU München وما يرتبط بها من مجموعة التميز ، جامعة ميتشيغان ، NOAO ، جامعة نوتنغهام ، جامعة ولاية أوهايو ، جامعة بنسلفانيا ، جامعة بورتسموث ، مختبر SLAC الوطني ، جامعة ستانفورد ، جامعة ساسكس وجامعة تكساس إيه آند أمبير واتحاد عضوية OzDES. استنادًا جزئيًا إلى الملاحظات في مرصد Cerro Tololo Inter-American ، المرصد الفلكي البصري الوطني ، الذي تديره رابطة جامعات البحث في علم الفلك (AURA) بموجب اتفاقية تعاونية مع مؤسسة العلوم الوطنية. يتم دعم نظام إدارة بيانات DES بواسطة NSF بموجب أرقام المنح AST-1138766 و AST-1536171. يتم دعم المشاركين في DES من المؤسسات الإسبانية جزئيًا من قبل MINECO بموجب المنح AYA2015-71825 و ESP2015-88861 و FPA2015-68048 و Centro de Excelencia SEV-2012-0234 و SEV-2016-0597 و MDM-2015. تلقى البحث الذي أدى إلى هذه النتائج تمويلًا من ERC في إطار البرنامج الإطاري السابع للاتحاد الأوروبي بما في ذلك المنح ERC 240672 و 291329 و 306478. نحن نقدر الدعم المقدم من مركز التميز التابع لمجلس الأبحاث الأسترالي للفيزياء الفلكية في جميع السماء (CAASTRO) ، من خلال رقم المشروع CE110001020. تم تأليف هذه المخطوطة بواسطة Fermi Research Alliance، LLC بموجب عقد رقم DE-AC02-07CH11359 مع وزارة الطاقة الأمريكية ، مكتب العلوم ، مكتب فيزياء الطاقة العالية. تحتفظ حكومة الولايات المتحدة والناشر ، بقبولها للمقال للنشر ، يقر بأن حكومة الولايات المتحدة تحتفظ بترخيص عالمي غير حصري ومدفوع وغير قابل للإلغاء لنشر أو إعادة إنتاج الشكل المنشور لهذه المخطوطة ، أو السماح للآخرين بالقيام بذلك ، لأغراض حكومة الولايات المتحدة. ج. يقر بدعم برنامج DLT40 من NSF منحة AST-1517649. تم تقديم الدعم لـ I. Arcavi بواسطة NASA من خلال برنامج زمالة أينشتاين ، منحة PF6-170148. حسين زاده ، د. و C. McCully معتمدة من NSF منحة AST-1313484. يعترف D. Poznanski بدعم من مؤسسة العلوم الإسرائيلية منحة 541/17. VINROUGE هو مسح كبير للمرصد الأوروبي الجنوبي (المعرف: 0198.D-2010). تعترف MASTER ببرنامج تطوير Lomonosov MSU ووزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي. استفاد هذا البحث من قاعدة بيانات NASA / IPAC Extragalactic (NED) ، التي يديرها مختبر الدفع النفاث ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، بموجب عقد مع وكالة ناسا. حقوق النشر للناشر: © 2017 Macmillan Publishers Limited ، وهي جزء من Springer Nature. كل الحقوق محفوظة.

N2 - في 17 أغسطس 2017 ، لاحظ جهاز الكشف المتقدم LIGO1 و Virgo2 حدث موجة الجاذبية GW170817 - وهي إشارة قوية من اندماج نظام نجمي نيوتروني ثنائي. بعد أقل من ثانيتين من الاندماج ، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما (GRB 170817A) داخل منطقة من السماء متوافقة مع الموقع المشتق من LIGO-Virgo لمصدر موجة الجاذبية. تم رصد هذه المنطقة من السماء لاحقًا بواسطة مرافق علم الفلك البصري 7 ، مما أدى إلى تحديد 8-13 لإشارة ضوئية عابرة في غضون حوالي عشر ثوانٍ قوسية من المجرة NGC 4993. هذا الكشف عن GW170817 في كل من موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية يمثل أول "رسول متعدد" "المراقبة الفلكية. تمكن مثل هذه الملاحظات من استخدام GW170817 كـ "صفارة الإنذار القياسية" 14-18 (بمعنى أنه يمكن تحديد المسافة المطلقة إلى المصدر مباشرةً من قياسات الموجة الثقالية) لقياس ثابت هابل. تمثل هذه الكمية معدل التوسع المحلي للكون ، وتحدد المقياس العام للكون وهي ذات أهمية أساسية لعلم الكونيات. هنا نبلغ عن قياس ثابت هابل الذي يجمع المسافة إلى المصدر المستنتج تمامًا من إشارة موجة الجاذبية مع سرعة الركود المستنتج من قياسات الانزياح الأحمر باستخدام البيانات الكهرومغناطيسية. على عكس القياسات السابقة ، لا تتطلب قياساتنا استخدام "سلم المسافة" الكوني: يمكن استخدام تحليل موجة الجاذبية لتقدير مسافة اللمعان إلى المقاييس الكونية مباشرةً ، دون استخدام قياسات المسافة الفلكية المتوسطة. نحدد ثابت هابل بحوالي 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. تتوافق هذه القيمة مع القياسات الحالية ، بينما تكون مستقلة تمامًا عنها. قياسات صفارات الإنذار القياسية الإضافية من مصادر الموجات الثقالية المستقبلية ستمكّن من تقييد ثابت هابل بالدقة العالية.

AB - في 17 أغسطس 2017 ، لاحظ جهاز الكشف المتقدم LIGO1 و Virgo2 حدث موجة الجاذبية GW170817 - وهي إشارة قوية من اندماج نظام نجمي نيوتروني ثنائي. بعد أقل من ثانيتين من الاندماج ، تم اكتشاف انفجار أشعة جاما (GRB 170817A) داخل منطقة من السماء متوافقة مع الموقع المشتق من LIGO-Virgo لمصدر موجة الجاذبية. تم رصد هذه المنطقة من السماء لاحقًا بواسطة مرافق علم الفلك البصري 7 ، مما أدى إلى تحديد 8-13 لإشارة ضوئية عابرة في غضون حوالي عشر ثوانٍ قوسية من المجرة NGC 4993. هذا الكشف عن GW170817 في كل من موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية يمثل أول "رسول متعدد "المراقبة الفلكية. تمكن مثل هذه الملاحظات من استخدام GW170817 كـ "صفارة الإنذار القياسية" 14-18 (بمعنى أنه يمكن تحديد المسافة المطلقة إلى المصدر مباشرةً من قياسات الموجة الثقالية) لقياس ثابت هابل. تمثل هذه الكمية معدل التوسع المحلي للكون ، وتحدد المقياس العام للكون وهي ذات أهمية أساسية لعلم الكونيات. هنا نبلغ عن قياس ثابت هابل الذي يجمع المسافة إلى المصدر المستنتج تمامًا من إشارة موجة الجاذبية مع سرعة الركود المستنتج من قياسات الانزياح الأحمر باستخدام البيانات الكهرومغناطيسية. على عكس القياسات السابقة ، لا تتطلب قياساتنا استخدام "سلم المسافة" الكوني: يمكن استخدام تحليل موجة الجاذبية لتقدير مسافة اللمعان إلى المقاييس الكونية مباشرةً ، دون استخدام قياسات المسافة الفلكية المتوسطة. نحدد ثابت هابل بحوالي 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. تتوافق هذه القيمة مع القياسات الحالية ، بينما تكون مستقلة تمامًا عنها. قياسات صفارات الإنذار القياسية الإضافية من مصادر الموجات الثقالية المستقبلية ستمكّن من تقييد ثابت هابل بالدقة العالية.


حدد علماء الفلك القيمة الحقيقية لثابت هابل

في أغسطس 2017 ، شارك نجمان نيوترونيان في اصطدام. راقب علماء الفلك عن كثب الاصطدام في جميع أنحاء العالم. في الآونة الأخيرة ، تمكن الخبراء من استخدام البيانات التي تم جمعها خلال هذا الحدث لتحسين ثابت هابل ، وهو أحد الخصائص الأساسية للكون.

قام العلماء بحساب ثابت هابل

ثابت هابل هو القيمة التي تمثل معدل تمدد الكون. ومع ذلك ، طوال تاريخ مراقبة الفضاء ، أظهرت القياسات أحيانًا تناقضات ، ولم يتمكن العلماء من التوصل إلى تفسير لها.
جمع القمر الصناعي بلانك البيانات التي تشير إلى أن ثابت هابل يجب أن يكون 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.

طريقة أخرى لقياس ذلك هي من خلال دراسة السدم التي خلفتها بعد موت نجوم المستعرات الأعظمية من النوع Ia. تم استخدام هذه الطريقة مؤخرًا لقياس ثابت هابل وأظهرت نتيجة 72.78 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. يستخدم نهج أكثر حداثة لمعان النجوم المتغيرة Cepheid لحساب المسافة. مرة أخرى ، يظهر ثابت هابل قيمة مختلفة ، مما يشير إلى معدل تمدد أسرع.

درس العلماء حركات 70 متغيرًا من نوع Cepheid والتي أعادت نتيجة 74.03 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. كما نرى ، فإن قياس ثابت هابل يمثل معضلة كبيرة. Fortunately, the collision of the two neutron stars offered scientists a new attempt at obtaining the correct result.

Hubble Constant revealed thanks to a neutron stars collision

The event, named GW170817, allowed astronomers to observe a collision between two neutron stars, taking into consideration multiple perspectives like gravitational wave astronomy, optical astronomy, and radio astronomy. According to experts, neutron stars collisions usually emit a large amount of energy. The two massive neutron stars whip around each other at unimaginable speeds, producing an enormous blast.

“This burst of gravitational waves can be used as a ‘standard siren’: based on the shape of the gravitational wave signal, we can tell how ‘bright’ the event should have been in gravitational waves. We can then take how bright the event was actually seen to be, and work out what the distance must have been.”

However, astronomers can only achieve this if they know the orientation of the event, which requires more data. Using the data collected during the collision, scientists were able to calculate the direction of the stars, which allowed them to determine the precise distance. The collision took place in a galaxy 130 million light-years away. Using this knowledge, the team was able to figure out the correct value of the Hubble Constant, which is 70.3 kilometers per second per megaparsec.

Doris’s passion for writing started to take shape in college where she was editor-in-chief of the college newspaper. Even though she ended up working in IT for more than 7 years, she’s now back to what he always enjoyed doing. With a true passion for technology, Doris mostly covers tech-related topics.


Gravitational waves will settle cosmic conundrum

When neutron stars collide, they emit light and gravitational waves, as seen in this artist's illustration. By comparing the timing of the two emissions from many different neutron star mergers, researchers can measure how fast the universe is expanding. Credit: R. Hurt/Caltech-JPL

The cosmos has been expanding for 13.8 billion years. Its present rate of expansion, known as “the Hubble constant,” gives the time elapsed since the Big Bang.

However, the two best methods used to measure the Hubble constant have conflicting results, which suggests that our understanding of the structure and history of the universe–the “standard cosmological model”–may be incorrect.

The study, published today in رسائل المراجعة البدنية, shows how new independent data from gravitational waves emitted by binary neutron stars called “standard sirens” will break the deadlock between the conflicting measurements once and for all.

“We've calculated that by observing 50 binary neutron stars over the next decade, we will have sufficient gravitational wave data to independently determine the best measurement of the Hubble constant,” said lead author Dr. Stephen Feeney of the Center for Computational Astrophysics at the Flatiron Institute in New York City. “We should be able to detect enough mergers to answer this question within five to 10 years.”

The Hubble constant, the product of work by Edwin Hubble and Georges Lemaître in the 1920s, is one of the most important numbers in cosmology. The constant “is essential for estimating the curvature of space and the age of the universe, as well as exploring its fate,” said study co-author UCL Professor of Physics & Astronomy Hiranya Peiris.

“We can measure the Hubble constant by using two methods–one observing Cepheid stars and supernovae in the local universe, and a second using measurements of cosmic background radiation from the early universe–but these methods don't give the same values, which means our standard cosmological model might be flawed.”

Feeney, Peiris and colleagues developed a universally applicable technique that calculates how gravitational wave data will resolve the issue.

Gravitational waves are emitted when binary neutron stars spiral toward each other before colliding in a bright flash of light that can be detected by telescopes. UCL researchers were involved in detecting the first light from a gravitational wave event in August 2017.

Binary neutron star events are rare, but they are invaluable in providing another route to track how the universe is expanding. The gravitational waves they emit cause ripples in space-time that can be detected by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the Virgo experiments, giving a precise measurement of the system's distance from Earth.

By additionally detecting the light from the accompanying explosion, astronomers can determine the system's velocity, and hence calculate the Hubble constant using Hubble's law.

For this study, the researchers modelled how many such observations would be needed to resolve the issue of measuring the Hubble constant accurately.

“This in turn will lead to the most accurate picture of how the universe is expanding and help us improve the standard cosmological model,” concluded Professor Peiris.

The study involved researchers from the Flatiron Institute (USA), UCL, Stockholm University, Radboud University (The Netherlands), Imperial College London, and the University of Chicago. UCL's contribution was generously funded by the European Research Council.

ABOUT THE FLATIRON INSTITUTE

The Flatiron Institute is the research division of the Simons Foundation. Its mission is to advance scientific research through computational methods, including data analysis, theory, modelling, and simulation. The institute's Center for Computational Astrophysics creates new computational frameworks that allow scientists to analyze big astronomical datasets and to understand complex, multi-scale physics in a cosmological context.


شاهد الفيديو: هابل يصور أبعد جسم في الفضاء (قد 2022).