Multă vreme s-a crezut că Universul este static – adică cum că ar fi existat dintotdeauna așa cum îl vedem. Totuși, acum aproape 100 de ani Hubble a observat așa-numita deplasare spre roșu a radiației, care a dus la concluzia că Universul este în expansiune. Dacă așa stau lucrurile atunci în trecut Universul ar fi avut o origine; Big Bangul. Viteza de expansiune a Universului a fost măsurată din ce în ce mai precis de-a lungul anilor. Recent, cele două valori obținute cu măsurători ale stelelor (precum cefeidele și supernovele) și prin studiul radiație cosmice de fond însă dau valori diferite: o valoare de circa  67 km/s/Mpc pentru radiația de fond și 74 km/s/Mpc pentru supernove și cefeide. Ce se întâmplă? Există erori într-una din măsurători? Sau istoria Universului și/sau fizica trebuie revăzute?

În acest context o nouă măsurătoare independenta ar fi de mare ajutor. Aceasta ar putea fi realizată cu studiul undelor gravitaționale din coliziuni de stele de neutroni cu găurile negre.

Undele gravitaționale și constanta lui Hubble

Undele gravitaționale sunt o consecință directă a teoriei relativității generale a lui Einstein, teorie care leagă geometria spațiului și a timpului de materia și energia din Univers. Atunci când mase foarte mari au mișcări accelerate spațiul și timpul oscilează, generând unde gravitaționale care se propagă în Univers. Astfel de fenomene se petrec de exemplu când două găuri negre într-un sistem binar se rotesc una în jurul celeilalte până când se ciocnesc. Astfel de unde gravitaționale au fost măsurate de LIGO și VIRGO, antenele gravitaționale care au măsurat multe evenimente de acest gen. Unde gravitaționale însă sunt produse și când se ciocnește o stea de neutroni cu o gaură neagră. Acest fenomen este deosebit de interesant, întrucât în acest caz pe lângă undele gravitaționale, în anumite situații, se generează și unde electromagnetice intense care pot fi măsurate cu telescoape. În acest caz cu undele gravitaționale se determină distanța până la sistemul gaura neagră – stea de neutroni, iar cu telescoapele se pot măsură semnale care să dea deplasarea spre roșu. În acest fel se poate determina constanta lui Hubble.

Ce se va întâmpla în următorii ani? O simulare interesantă

 Un grup de cercetători a simulat circa 25,000 de evenimente în care are loc ciocnirea unei găuri negre cu o stea de neutroni, ajungând la concluzia că până la sfârșitul acestui deceniu circa 3000 dintre acestea ar putea să fie măsurate de instrumentele noastre – adică de antenele gravitaționale. Dintre acestea, circa 100 ar produce și radiație electromagnetică măsurată de telescoape. Radiația se produce doar în anumite condiții – atunci când masa găurii negre nu este prea mare ca să înghită direct steaua de neutroni, ci mai întâi ar rupe-o în bucăți generând o intensă radiație. Ei bine, cu aceste 100 de evenimente s-ar putea obține o nouă valoare a constantei lui Hubble. Rezultatele studiului vor fi publicate într-un articol în revistă Phys. Rev. Lett.

 Constanta lui Hubble

 Constanta lui Hubble ne spune care este viteza de expansiune a Universului. La ora actuală avem două valori. Cea care va fi obținută din studiul undelor gravitaționale ar putea rezolva misterul sau, dimpotrivă, ar putea să-l întărească. Vor urmă ani foarte interesanți în studiul undelor gravitaționale, care ar putea să ne îndrume spre o nouă teorie asupra evoluției Universului.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro