Новый метод «радио-сирены» объединит гравитационные волны и нейтральный водород для точного измерения постоянной Хаббла

Международная группа исследователей разработала новый подход к измерению постоянной Хаббла — ключевого параметра, описывающего скорость расширения Вселенной. Метод, получивший название «радио-сирены», объединяет данные гравитационных волн от слияний черных дыр звездной массы с картами нейтрального водорода, полученными с помощью радиотелескопов.

Идея основана на том, что гравитационно-волновые сигналы от двойных черных дыр дают прямое расстояние до источника, но не содержат информации о красном смещении. Карты нейтрального водорода, наоборот, позволяют проследить крупномасштабную структуру Вселенной и предоставляют «томографический» срез распределения материи. Используя трехмерные поля плотности водорода в качестве априорной информации о красном смещении для гравитационно-волновых событий, ученые могут восстановить зависимость расстояние–красное смещение.

Исследование опирается на возможности будущих обсерваторий. Для регистрации гравитационных волн планируется использовать телескоп Эйнштейна (Einstein Telescope) — детектор третьего поколения, который сможет фиксировать десятки тысяч слияний черных дыр в год. А для картирования нейтрального водорода будет задействован радиотелескоп SKA-Mid (часть проекта Square Kilometre Array). Ожидается, что он сможет отслеживать распределение темной материи по большим масштабам до красного смещения z ~ 3.

Согласно моделированию, для достижения точности около 8% в измерении постоянной Хаббла потребуется примерно 3000 гравитационно-волновых событий с отношением сигнал/шум более 150. Это примерно на 90% лучше, чем если бы информация от нейтрального водорода не использовалась — то есть при том же количестве событий точность без «радио-сирен» была бы значительно ниже.

Новый метод особенно важен в свете существующего напряжения в измерениях постоянной Хаббла (Hubble tension) — расхождения между значениями, полученными из ранних наблюдений (реликтовое излучение) и поздних (цефеиды, сверхновые). «Радио-сирены» дадут альтернативный, независимый способ проверки, что может помочь разрешить этот космологический кризис.

Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и в настоящее время проходит рецензирование. Авторы подчеркивают, что полная реализация метода станет возможной после ввода в строй Einstein Telescope и SKA, которые ожидаются в 2030-х годах.