Αστρονόμοι χρησιμοποιούν τα βαρυτικά κύματα για να μετρήσουν την ηλικία του σύμπαντος

Η άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από τουλάχιστον πέντε πηγές, κατά τη διάρκεια των δυο περασμένων ετών, προσφέρει εντυπωσιακή επιβεβαίωση του μοντέλου βαρύτητας και χωρόχρονου του Einstein. Η μοντελοποίηση αυτών των γεγονότων έχει προσφέρει επίσης πληροφορίες για το σχηματισμό των άστρων, των εκρήξεων ακτίνων-γάμμα, των χαρακτηριστικών άστρων νετρονίων και (για πρώτη φορά) την επαλήθευση των θεωρητικών ιδεών για το πώς έχουν παραχθεί τα πολύ βαρέα στοιχεία, όπως ο χρυσός.

Οι αστρονόμοι τώρα έχουν χρησιμοποιήσει ένα γεγονός βαρυτικού κύματος (GW170817) για να μετρήσουν την ηλικία του σύμπαντος. Οι αστρονόμοι του Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) Peter Blanchard, Tarreneh Eftekhari, Victoria Villar και Peter Williams ήταν μέλη μιας ομάδας 1314 επιστημόνων του πλανήτη οι οποίοι συνεισέφεραν στην ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από την συγχώνευση συστήματος ζεύγους άστρων νετρονίων, που ακολουθήθηκε από την ανίχνευση ακτίνων-γάμμα και μετά την εξακρίβωση της προέλευσης του κατακλυσμού των ακτίνων από μια πηγή στον γαλαξία NGC4993 που εντοπίζεται σε εικόνες που πάρθηκαν με διάφορες χρονικές καθυστερήσεις σε μήκη κύματος από ακτίνες-Χ μέχρι ραδιοκύματα.

Μια ανάλυση των βαρυτικών κυμάτων από το γεγονός αυτό οδηγεί στην εγγενή τους ισχύ. Η παρατηρούμενη ισχύς είναι μικρότερη, που οδηγεί στο (επειδή η ισχύς μειώνεται με την απόσταση από την πηγή) ότι η πηγή βρίσκεται περίπου 140 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ο NGC4993, ο γαλαξίας που φιλοξενεί την πηγή, έχει μια προς τα έξω ταχύτητα εξαιτίας της διαστολής του σύμπαντος που μπορεί να μετρηθεί από τις φασματικές του γραμμές. Η γνώση του πόσο μακριά είναι και πόσο γρήγορα κινείται ο γαλαξίας σε σχέση με εμάς, επιτρέπει τους επιστήμονες να υπολογίζουν το χρόνο από τότε που άρχισε η διαστολή – την ηλικία του σύμπαντος: μεταξύ 11,9 και 15,7 δισεκατομμύρια χρόνια δεδομένων των πειραματικών αβεβαιοτήτων.

Η ηλικία που παράγεται από αυτό το μεμονωμένο γεγονός είναι συνεπής με τις εκτιμήσεις των από δεκαετίες παρατηρήσεων που βασίζονται σε στατιστικές μεθόδους με τη χρήση δυο άλλων πηγών: την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMBR) και της κίνησης των γαλαξιών. Η πρώτη βασίζεται στη χαρτογράφηση της πολύ αδύναμης κατανομής του φωτός που χρονολογείται από σχεδόν τετρακόσιες χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η δεύτερη περιλαμβάνει στατιστική ανάλυση των αποστάσεων και των κινήσεων δεκάδων χιλιάδων γαλαξιών σε σχετικά πρόσφατους χρόνους. Το γεγονός ότι αυτό το μοναδικό γεγονός βαρυτικού κύματος μπόρεσε να προσδιορίσει μια ηλικία του σύμπαντος είναι αξιοσημείωτο και μη-δυνατό με κάθε ανίχνευση κύματος βαρύτητας. Σε αυτή την περίπτωση υπήρξε οπτική αναγνώριση της πηγής (έτσι που θα μπορούσε να υπολογιστεί μια ταχύτητα) και ότι η πηγή δεν ήταν πολύ απομακρυσμένη ή πολύ αδύναμη. Με ένα μεγαλύτερο στατιστικό δείγμα γεγονότων βαρυτικών κυμάτων όλων των τύπων, η τρέχουσα περιοχή τιμών για την ηλικία θα περιοριστεί.

Το νέο αποτέλεσμα είναι ενδιαφέρον για άλλο ένα λόγο. Παρόλο που και οι δυο μετρήσεις, από την CMBR και τους γαλαξίες είναι αρκετά ακριβείς, ξεχωριστά, μοιάζουν να διαφωνούν μεταξύ τους σε ένα επίπεδο περίπου 10%. Η διαφωνία αυτή θα μπορούσε να είναι απλά ένα παρατηρησιακό σφάλμα, όμως ορισμένοι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι ίσως είναι μια πραγματική διαφορά που αντανακλά κάτι που τώρα λείπει από την εικόνα μας για την διαδικασία της κοσμικής διαστολής, που ίσως συνδέεται με το γεγονός ότι η CMBR προκύπτει από μια πολύ διαφορετική εποχή του κοσμικού χρόνου, από ότι τα γαλαξιακά δεδομένα. Αυτή η τρίτη μέθοδος, από τα γεγονότα βαρυτικών κυμάτων, μπορεί να βοηθήσει να λυθεί αυτός ο γρίφος.