"Die "Spectral Siren" Methode deutet darauf hin, dass Verschmelzungen zwischen massiven und kompakten kosmischen Objekten helfen könnten, zu verstehen, wie sich das Universum entwickelt hat. Kollidierende Schwarze Löcher könnten die Expansionsrate des Universums messen.
Insbesondere ein besseres Verständnis der Entwicklung des Universums könnte Kosmologen dabei helfen, einige Schlüsselrätsel über dunkle Energie zu lösen. Dunkle Energie macht etwa 68 % des Materie- und Energiegehalts des Universums aus, und Wissenschaftler wollen herausfinden, wann diese mysteriöse Kraft begann, die Materie zu beherrschen, und warum dieser Wechsel stattfand.
Das Herzstück der Spectral Siren Methode sind Gravitationswellen – Wellen im Gewebe von Raum und Zeit – die durch mächtige kosmische Ereignisse wie die Kollision und Verschmelzung massiver kompakter Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher ausgelöst werden.
Auf der Erde können unglaublich empfindliche Laserinterferometer wie das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), das italienische Observatorium Virgo und der japanische Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) diese schwachen Gravitationswellensignale messen.
Seit der ersten Detektion von Gravitationswellen im September 2015 haben LIGO und seine Partnerinstrumente Daten von rund 100 entfernten Verschmelzungen gesammelt. Jede Entdeckung gibt den Wissenschaftlern einen Hinweis auf die Größe der an der Verschmelzung beteiligten Schwarzen Löcher. Zum Beispiel stammte diese erste Gravitationswellendetektion aus der Kollision zweier Schwarzer Löcher, die jeweils etwa die 30-fache Masse der Sonne enthielten.
Die neue "spektrale Sirenenmethode" legt nahe, dass Gravitationswellensignale auch andere Informationen kodieren können. Da sich diese Wellen in der Raumzeit über enorme Entfernungen und über lange Zeitskalen bewegen, um die Erde zu erreichen, werden die Eigenschaften ihrer Signale durch die Expansion des Universums verändert.
„Wenn Sie zum Beispiel ein Schwarzes Loch nehmen und es früher im Universum platzieren, würde sich das Signal ändern und es würde wie ein größeres Schwarzes Loch aussehen, als es wirklich ist“, sagte Daniel Holz, Co-Autor der Forschung und Astrophysiker der University of Chicago ein Statement.
Um Informationen über die in Gravitationswellendaten kodierte Expansionsrate des Universums freizusetzen, müssen Wissenschaftler wissen, wie sich das Signal verändert hat, seit es durch den Weltraum gesendet wurde. Holz und sein Kollege glauben, dass eine neu entdeckte Population lokaler Schwarzer Löcher als Werkzeug zur Bewertung dieser Veränderungen dienen könnte.
„Also messen wir die Massen der nahen Schwarzen Löcher und verstehen ihre Eigenschaften, und dann schauen wir weiter weg und sehen, wie stark sich diese weiter entfernten verschoben haben“, Jose María Ezquiaga, Co-Autor und Astrophysiker ebenfalls an der Universität von Chicago, heißt es in der Erklärung. "Und das gibt Ihnen ein Maß für die Ausdehnung des Universums."
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