Metingen van zwaartekrachtsgolven van ongeveer 50 binaire neutronensterren in het komende decennium zullen definitief een einde maken aan een intens debat over hoe snel ons universum uitdijt, volgens bevindingen van een internationaal team dat University College London (UCL) en kosmologen van het Flatiron Institute omvat.

De kosmos breidt zich al 13,8 miljard jaar uit. Zijn huidige expansietempo, bekend als "de Hubble-constante, " geeft de verstreken tijd sinds de oerknal.

Echter, de twee beste methoden die worden gebruikt om de Hubble-constante te meten, hebben tegenstrijdige resultaten, wat suggereert dat ons begrip van de structuur en geschiedenis van het universum - het 'standaard kosmologische model' - mogelijk onjuist is.

De studie, vandaag gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , laat zien hoe nieuwe onafhankelijke gegevens van zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden door binaire neutronensterren, "standaardsirenes" genoemd, voor eens en voor altijd de impasse tussen de tegenstrijdige metingen zullen doorbreken.

"We hebben berekend dat door het observeren van 50 binaire neutronensterren in de komende tien jaar, we zullen voldoende zwaartekrachtsgolfgegevens hebben om onafhankelijk de beste meting van de Hubble-constante te bepalen, " zei hoofdauteur Dr. Stephen Feeney van het Center for Computational Astrophysics aan het Flatiron Institute in New York City. "We zouden binnen vijf tot tien jaar genoeg fusies moeten kunnen detecteren om deze vraag te beantwoorden."

De Hubble-constante, het product van het werk van Edwin Hubble en Georges Lemaître in de jaren 1920, is een van de belangrijkste getallen in de kosmologie. De constante "is essentieel voor het schatten van de kromming van de ruimte en de leeftijd van het universum, evenals het verkennen van zijn lot, " zei co-auteur van de studie UCL hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde Hiranya Peiris.

"We kunnen de Hubble-constante meten door twee methoden te gebruiken:de ene observeert Cepheïde-sterren en supernova's in het plaatselijk universum, en een tweede met behulp van metingen van kosmische achtergrondstraling van het vroege heelal - maar deze methoden geven niet dezelfde waarden, wat betekent dat ons standaard kosmologische model mogelijk gebrekkig is."

Feeney, Peiris en collega's ontwikkelden een universeel toepasbare techniek die berekent hoe zwaartekrachtsgolfgegevens het probleem zullen oplossen.

Zwaartekrachtgolven worden uitgezonden wanneer binaire neutronensterren naar elkaar toe spiraliseren voordat ze botsen in een heldere lichtflits die kan worden gedetecteerd door telescopen. UCL-onderzoekers waren betrokken bij het detecteren van het eerste licht van een zwaartekrachtgolfgebeurtenis in augustus 2017.

Binaire neutronenstergebeurtenissen zijn zeldzaam, maar ze zijn van onschatbare waarde omdat ze een andere route bieden om te volgen hoe het universum uitdijt. De zwaartekrachtsgolven die ze uitzenden veroorzaken rimpelingen in de ruimte-tijd die kunnen worden gedetecteerd door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de Virgo-experimenten, geeft een nauwkeurige meting van de afstand van het systeem tot de aarde.

Door bovendien het licht van de bijbehorende explosie te detecteren, astronomen kunnen de snelheid van het systeem bepalen, en bereken daarom de Hubble-constante met behulp van de wet van Hubble.

Voor deze studie is de onderzoekers modelleerden hoeveel van dergelijke waarnemingen nodig zouden zijn om het probleem van het nauwkeurig meten van de Hubble-constante op te lossen.

"Dit zal op zijn beurt leiden tot het meest nauwkeurige beeld van hoe het universum uitdijt en ons helpen het standaard kosmologische model te verbeteren, ’ concludeerde professor Peiris.