A Hubble-állandó meghatározása

A LIGO-Virgo Kollaboráció (LVC) kutatói az ELTE galaxiskatalógusát arra is felhasználták, hogy a gravitációshullám-észlelésből kiszámolják a Világegyetem tágulásának ütemét leíró Hubble-állandó értékét. Ebben a munkában az ELTE-ről Dálya Gergely (doktorandusz) és Raffai Péter (adjunktus, témavezető) vettek részt. A Hubble-állandó értéke mostanáig csak elektromágneses megfigyelésekből volt ismert, ez az első alkalom, hogy kutatók a megállapításához egy gravitációshullám-jelet használtak.

A kozmológusok között jelenleg élénk vita folyik a Hubble-állandó valódi értékéről: a kozmikus háttérsugárzás (Planck űrszonda, 2015) és a szupernóva-robbanások (Riess és munkatársai, 2016) megfigyeléséből két kissé eltérő értéket számoltak ki. A vitát egyelőre az LVC kutatói sem döntötték el: a Hubble-állandó értékét egyetlen gravitációshullám-jellel csak olyan pontossággal tudták kimérni, ami mindkét ismert értékkel összhangban van.

Az ötletet, hogy a Hubble-állandó megméréséhez gravitációshullám-jelek is használhatók, az amerikai, szintén LIGO-tag Bernard Schutz közölte 1986-ban. A víziója 31 évvel később, a GW170817 jel észlelésével kezdhet valóra válni.

A GW170817 jelből a Hubble-állandó értéke kétféle módszerrel is kiszámolható: egy a forrásgalaxis ismeretében, egy anélkül. A két módszer használata alapján írt két cikk az ELTE-s kutatók hozzájárulásaival, és az ELTE galaxiskatalógusának meghivatkozásával jelenik meg. A két cikkből az első a Nature folyóiratban jelenik meg. A cikk a gravitációshullám-kozmológia első, úttörő eredménye.


Az ELTE LIGO tagcsoportja a Nobel-díjas Rainer Weiss-szal. Balról jobbra: Szölgyén Ákos, Bécsy Bence, Rainer Weiss, Dálya Gergely, és Raffai Péter (a képet Frei Zsolt készítette). Forrás: EGRG



Az alábbi ábrán a Hubble-állandónak a GW170817 észlelésével kiszámolt valószínűség-eloszlás látható (kék folytonos görbe). A szaggatott és pontozott vonalak rendre az eloszlás 68%-os (1 szigma) és 95%-os (2 szigma) konfidenciaintervallumait jelölik ki. A zöld és narancssárga sávok rendre Hubble-állandónak a kozmikus háttérsugárzás (Planck) és a szupernóva-robbanások és cefeida csillagok (SHoES) megfigyeléséből kiszámolt valószínűség-eloszlásainak 68%-os (sötét) és 95%-os (világos) konfidenciaintervallumait jelölik. A GW170817 gravitációshullám-jelből rekonstruált H0=70(+12,-8) km/(s*Mpc) Hubble-állandó érték a meghatározás bizonytalanságain belül összhangban van mindkét korábbi mért értékkel. Az ábrát tartalmazó szakcikk IDE KATTINTVA elérhető. Forrás: LIGO/Virgo



A Hubble-állandónak a GW170817 észlelésével kiszámolt valószínűség-eloszlása, a neutroncsillagok pályasíkjának látóirányhoz képesti, nem pontosan ismert dőlésszögét is külön (függőleges) tengelyen ábrázolva. A Hubble-állandó és a dőlésszög legvalószínűbb értékeit a legsötétebb kék régiók mutatják. A fekete folytonos és szaggatott kontúrok rendre a 68%-os és 95%-os konfidenciahatárokat jelölik. Az ábrát tartalmazó szakcikk IDE KATTINTVA elérhető. Forrás: LIGO/Virgo