Astronomen die radiotelescopen van de National Science Foundation (NSF) gebruiken, hebben aangetoond hoe een combinatie van zwaartekrachtgolven en radiowaarnemingen, samen met theoretische modellering, kan de samensmeltingen van paren neutronensterren veranderen in een "kosmische heerser" die in staat is de uitdijing van het heelal te meten en een openstaande vraag over de snelheid ervan op te lossen.

De astronomen gebruikten de NSF's Very Long Baseline Array (VLBA), de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) en de Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) om de nasleep te bestuderen van de botsing van twee neutronensterren die zwaartekrachtgolven produceerden die in 2017 werden gedetecteerd. Deze gebeurtenis bood een nieuwe manier om te meten de uitdijingssnelheid van het heelal, door wetenschappers bekend als de Hubble-constante. De uitdijingssnelheid van het heelal kan worden gebruikt om de grootte en leeftijd te bepalen, evenals dienen als een essentieel hulpmiddel voor het interpreteren van waarnemingen van objecten elders in het heelal.

Twee toonaangevende methoden voor het bepalen van de Hubble-constante gebruiken de kenmerken van de kosmische microgolfachtergrond, de overgebleven straling van de oerknal, of een specifiek type supernova-explosies, genaamd Type Ia, in het verre heelal. Echter, deze twee methoden geven verschillende resultaten.

"De fusie van neutronensterren geeft ons een nieuwe manier om de Hubble-constante te meten, en hopelijk het probleem op te lossen, " zei Kunal Mooley, van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en Caltech.

De techniek is vergelijkbaar met die van de supernova-explosies. Van type Ia-supernova-explosies wordt aangenomen dat ze allemaal een intrinsieke helderheid hebben die kan worden berekend op basis van de snelheid waarmee ze ophelderen en vervolgens vervagen. Het meten van de helderheid zoals gezien vanaf de aarde vertelt dan de afstand tot de supernova-explosie. Het meten van de Doppler-verschuiving van het licht van het gastmelkwegstelsel van de supernova geeft de snelheid aan waarmee het melkwegstelsel zich van de aarde verwijdert. De snelheid gedeeld door de afstand levert de Hubble-constante op. Om een ​​nauwkeurig cijfer te krijgen, veel van dergelijke metingen moeten op verschillende afstanden worden gedaan.

Wanneer twee massieve neutronensterren botsen, ze produceren een explosie en een uitbarsting van zwaartekrachtsgolven. De vorm van het zwaartekrachtgolfsignaal vertelt wetenschappers hoe "helder" die uitbarsting van zwaartekrachtsgolven was. Het meten van de "helderheid, " of de intensiteit van de zwaartekrachtsgolven zoals ontvangen op aarde, kan de afstand opleveren.

"Dit is een volledig onafhankelijk meetinstrument waarvan we hopen dat het kan verduidelijken wat de werkelijke waarde van de Hubble-constante is, ' zei Mooley.

Echter, er is een wending. De intensiteit van de zwaartekrachtsgolven varieert met hun oriëntatie ten opzichte van het baanvlak van de twee neutronensterren. De zwaartekrachtsgolven zijn sterker in de richting loodrecht op het baanvlak, en zwakker als het orbitale vlak vanaf de aarde aan de rand is.

"Om de zwaartekrachtsgolven te gebruiken om de afstand te meten, we moesten die oriëntatie weten, " zei Adam Deller, van de Swinburne University of Technology in Australië.

Over een periode van maanden, de astronomen gebruikten de radiotelescopen om de beweging te meten van een supersnelle straal materiaal die door de explosie werd uitgestoten. "We gebruikten deze metingen samen met gedetailleerde hydrodynamische simulaties om de oriëntatiehoek te bepalen, waardoor het gebruik van de zwaartekrachtsgolven om de afstand te bepalen, " zei Ehud Nakar van de Universiteit van Tel Aviv.

Deze enkele meting, van een gebeurtenis op zo'n 130 miljoen lichtjaar van de aarde, is nog niet voldoende om de onzekerheid op te lossen, zeiden de wetenschappers, maar de techniek kan nu worden toegepast op toekomstige fusies van neutronensterren die worden gedetecteerd met zwaartekrachtgolven.

"We denken dat er nog 15 van dergelijke gebeurtenissen zijn die zowel met zwaartekrachtsgolven als tot in detail met radiotelescopen kunnen worden waargenomen, kan het probleem misschien oplossen, " zei Kenta Hotokezaka, van de Princeton-universiteit. "Dit zou een belangrijke stap vooruit zijn in ons begrip van een van de belangrijkste aspecten van het heelal, " hij voegde toe.

Het internationale wetenschappelijke team onder leiding van Hotokezaka rapporteert zijn resultaten in het tijdschrift Natuurastronomie .