Οι συγκρούσεις της Μαύρης Τρύπας θα μπορούσαν να είναι το κλειδί για τον προσδιορισμό της διαστολής του Σύμπαντος

Η διαστολή του σύμπαντος εκτείνεται ο ίδιος ο χωροχρόνος, συμπεριλαμβανομένων των βαρυτικών κυμάτων επάνω του. Το τέντωμα των κυμάτων που παράγονται όταν συγκρούονται οι μαύρες τρύπες θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση αυτής της επέκτασης, αν και μπορεί να μας λείπει ακόμη αυτή η χωρητικότητα.

Η ανακάλυψη ότι ο ρυθμός της διαστολής του σύμπαντος επιταχύνεται έπληξε την κοσμολογία σαν κεραυνός εν αιθρία. Ωστόσο, οι λεπτομέρειες αυτής της επιτάχυνσης παραμένουν ασαφείς. Δεν είναι μόνο ότι δεν ξέρουμε τι το προκαλεί, εκτός από το να χρησιμοποιούμε το όνομα Σκοτεινή Ενέργεια – δεν γνωρίζουμε επίσης με ακρίβεια πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν ή πόσο έχει αλλάξει καθώς έχει εξελιχθεί το σύμπαν. Έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετές μέθοδοι για τη μέτρηση αυτών των πραγμάτων και τα αποτελέσματά τους δεν ευθυγραμμίζονται απόλυτα.

Δύο αστροφυσικοί ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών ως ένα είδος επιστημονικής λύσης.

Σχεδόν εκατό από τους κυματισμούς στο χωροχρόνο που προκαλούνται από τη συνάντηση των μαύρων τρυπών έχουν ανιχνευθεί. Ο Δρ Jose Ezquiaga και ο καθηγητής Daniel Holz του Πανεπιστημίου του Σικάγο προτείνουν σε μια νέα εργασία στο Physical Review Letters ότι αυτό αποτελεί ένα δείγμα αρκετά μεγάλο ώστε να κάνει συγκρίσεις μεταξύ των κοντινών (κοσμολογικά μιλώντας) συγκρούσεων και εκείνων που είναι πιο απομακρυσμένες.

"Για παράδειγμα, αν έπαιρνες μια μαύρη τρύπα και την έβαζες νωρίτερα στο σύμπαν, το σήμα θα άλλαζε και θα έμοιαζε με μεγαλύτερη μαύρη τρύπα από ό,τι πραγματικά είναι", δήλωσε ο Holz σε μια δήλωση.

Η έκταση της αλλαγής παρέχει ένα μέτρο της διαστολής του σύμπαντος, με την προϋπόθεση ότι γνωρίζουμε επίσης την απόσταση στην οποία έγιναν οι αντίστοιχες συγχωνεύσεις.

Δυστυχώς, για να μάθουμε πόσο έχει αλλοιωθεί το κύμα, πρέπει να μάθουμε πώς έμοιαζε αρχικά. Για κάθε μεμονωμένη συγχώνευση μαύρης τρύπας είναι αδύνατη. Ωστόσο, με την προϋπόθεση ότι μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι συγχωνεύσεις που γίνονται κοντά στο σπίτι μοιάζουν με αυτές κατά τη διάρκεια της «δύστροπης εφηβικής φάσης» του σύμπαντος, η κατάσταση αλλάζει.

"Μετράμε τις μάζες των κοντινών μαύρων τρυπών και κατανοούμε τα χαρακτηριστικά τους, και μετά κοιτάμε πιο μακριά και βλέπουμε πόσο αυτές οι περαιτέρω φαίνεται να έχουν μετατοπιστεί", είπε ο Ezquiaga.

Φυσικά, είναι πιθανό να έχει υπάρξει κάποια άλλη αλλαγή εκείνη την περίοδο. Ίσως οι μαύρες τρύπες σε κοντινούς γαλαξίες να είναι μεγαλύτερες ή μικρότερες από αυτές στους γαλαξίες που βλέπουμε όπως ήταν πριν από πέντε ή δέκα δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό θα ήταν πολύ πιθανό αν μελετούσαμε τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών, αλλά οι συγχωνεύσεις αυτών είναι εξαιρετικά σπάνιες. Αντίθετα, το δείγμα μας αποτελείται από την πολύ πιο κοινή περίπτωση αστρικών μαύρων οπών – που σχηματίζονται από υπεργίγαντες αστέρες – που ενώνονται μεταξύ τους. Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι οι κορυφές και τα κατώτατα σημεία της κατανομής μάζας θα αποδειχθούν συνεπή καθώς το σύμπαν εξελίσσεται.

Αν και είναι πιο δύσκολο να εντοπιστεί σε μεγάλες αποστάσεις, οι συγκρούσεις άστρων νετρονίων θα μπορούσαν να προσθέσουν στιβαρότητα στην έρευνα.

Ο Ezquiaga και ο Holz αποκαλούν την προσέγγισή τους μέθοδο "φασματικής σειρήνας", καθώς τα κύματα τεντώνονται σαν σειρήνα οχήματος που υποχωρεί.

Το κοντινό σύμπαν, που βλέπουμε σε ηλικία μερικών δισεκατομμυρίων ετών από τη δική μας, είναι σχετικά εύκολο να μελετηθεί. Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων μας προσφέρει μια εκπληκτικά πλούσια εικόνα για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος, αλλά η ενδιάμεση περίοδος είναι πολύ πιο δύσκολο να μελετηθεί. Οι συγγραφείς ελπίζουν ότι οι μαύρες τρύπες θα καλύψουν αυτό το κενό.

Ακόμα κι αν το υπάρχον δείγμα μας δεν είναι στο ύψος του στόχου, οι ερευνητές εντόπισαν το βαρυτικό κύμα από ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών μόνο πριν από έξι χρόνια. Έκτοτε, η πρόοδος ήταν ταχεία και οι αριθμοί αναμένεται να αυξηθούν πολύ γρήγορα.

Οι υπάρχουσες μέθοδοι για τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος χρησιμοποιούν σουπερνόβα τύπου Ia, μεταξύ άλλων σχετικά τοπικών μέτρων και το τέντωμα του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου, που δεν παράγουν απόλυτα ταιριαστά αποτελέσματα. Αυτό υποδηλώνει ότι η κατανόησή μας για τη φυσική πίσω από τουλάχιστον ένα από αυτά είναι ανεπαίσθητα λανθασμένη, αλλά δεν ξέρουμε ποια.