Новый метод оценки скорости расширения Вселенной разработан учеными. Он основан на анализе крайне слабого космического гравитационного фона, возникающего в результате слияния невидимых компактных объектов. Сопоставив данные, полученные с наземных интерферометров, и статистику пропущенных сигналов, астрофизики получили более точные ограничения для параметра, вокруг которого развернулся один из наиболее дискуссионных вопросов современной космологии.
С тех пор, как ученые узнали, уже более двух десятилетий известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Однако существует проблема: различные методы измерения дают несовпадающие значения скорости этого расширения, известной как постоянная Хаббла (H₀). Показатели, полученные на основе изучения реликтового излучения – эха ранней Вселенной, составляют примерно 67-68 километров в секунду на мегапарсек.
Наблюдения за сверхновыми типа Ia и другими далёкими объектами указывают на более высокую скорость расширения Вселенной – около 72-74 километров в секунду. Эта величина значительно отличается от предыдущих оценок, и расхождение это получило название «напряжённость Хаббла».
Особый интерес представляет тот факт, что гравитационные волны позволяют независимо определять космические расстояния. Для пояснения: при столкновении двух черных дыр возникают гравитационные волны — колебания пространства-времени. Анализируя форму и интенсивность сигнала, можно установить расстояние до источника. Зная также его красное смещение (явление, при котором свет от удаляющихся галактик подвергается «растяжению» и смещается в красную область спектра), можно вычислить величину H₀. Астрофизики называют такие объекты «стандартными сиренами».
Авторы нового исследования, представленного в журнале Physical Review Letters, ученые выработали более комплексный метод, применив для расчетов не только данные о зарегистрированных слияниях, но и потенциальное общее гравитационное воздействие, исходящее от множества столкновений удаленных черных дыр. В ходе работы было проанализировано 42 события.
Предполагаемый стохастический гравитационно-волновой фон обусловлен тем, что во Вселенной постоянно происходят миллионы слияний. Несмотря на то, что каждое из этих событий само по себе слишком слабое для регистрации, их совокупность формирует общий, незначительный сигнал. В настоящее время этот фон ещё не обнаружен, однако сам этот факт стал важным выводом для исследователей: им удалось продемонстрировать, что интенсивность фона связана со скоростью расширения Вселенной.
Если значение постоянной Хаббла оказывается ниже, то наблюдаемый объем Вселенной будет больше. Это влечет за собой увеличение количества слияний, что должно приводить к усилению фонового излучения. В противном случае, если H₀ выше, то наблюдаемый объем уменьшается, а фоновое излучение становится слабее. Именно поэтому отсутствие обнаруженного фонового сигнала позволяет исключить слишком низкие значения постоянной Хаббла: при таких значениях он должен быть значительно более заметным.
Единая статистическая модель, объединяющая характеристики черных дыр, частоту их слияний, зафиксированные события и космологические параметры, была разработана исследователями под руководством Брюса Козинса из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (США). Благодаря такому подходу удалось более точно определить границы «напряженности Хаббла» по сравнению с методами, основанными на анализе отдельных слияний.
Если оценки специалистов окажутся достоверными, то влияние этого фактора будет возрастать с увеличением объема информации и улучшением характеристик приборов. В противном случае, отсутствие сигнала станет убедительным доводом в пользу более высоких значений H₀. Однако, если предположения Козинса и его соавторов верны, то скорость расширения Вселенной можно будет определить с большей точностью, опираясь на общий гравитационный шум, исходящий из космоса.