สองวิธีที่ดีที่สุดในปัจจุบันของเราในการประมาณอัตราการขยายตัวของจักรวาล - การวัดความสว่างและความเร็วของดาวฤกษ์ที่เต้นเป็นจังหวะและระเบิด และการดูความผันผวนของการแผ่รังสีจากเอกภพยุคแรก - ให้คำตอบที่แตกต่างกันมาก ซึ่งบ่งชี้ว่าทฤษฎีของเราเกี่ยวกับจักรวาลอาจผิดพลาด

การวัดแบบที่สาม โดยพิจารณาจากการระเบิดของแสงและระลอกคลื่นในโครงสร้างของอวกาศที่เกิดจากการชนกันของดาวนิวตรอนของหลุมดำและหลุมดำ น่าจะช่วยแก้ไขข้อขัดแย้งนี้และชี้แจงว่าทฤษฎีจักรวาลของเราจำเป็นต้องเขียนใหม่หรือไม่

การศึกษาใหม่ซึ่งตีพิมพ์ในPhysical Review Lettersได้จำลองสถานการณ์หลุมดำและดาวนิวตรอนจำนวน 25,000 เหตุการณ์ชนกัน โดยตั้งเป้าว่าอุปกรณ์บนโลกจะตรวจพบได้จำนวนเท่าใดในช่วงกลางถึงปลายปี 2020

นักวิจัยพบว่าภายในปี 2030 เครื่องมือบนโลกสามารถรับรู้คลื่นกระเพื่อมในกาลอวกาศที่เกิดจากการชนกันดังกล่าวได้มากถึง 3,000 ครั้ง และประมาณ 100 เหตุการณ์เหล่านี้ กล้องโทรทรรศน์จะเห็นการระเบิดของแสงด้วย

พวกเขาสรุปว่าข้อมูลนี้จะเพียงพอสำหรับการวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาลที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ แม่นยำและเชื่อถือได้มากพอที่จะยืนยันหรือปฏิเสธความต้องการฟิสิกส์ใหม่

ดร.สตีเฟน ฟีนีย์ หัวหน้าทีมวิจัย (UCL Physics & Astronomy) กล่าวว่า "ดาวนิวตรอนเป็นดาวที่ตายแล้ว ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดาวฤกษ์ขนาดใหญ่มากระเบิดและยุบตัว และมีความหนาแน่นสูงอย่างไม่น่าเชื่อ โดยทั่วไปแล้วจะข้ามไป 10 ไมล์ แต่มีมวลมากถึงสองเท่า ที่ดวงอาทิตย์ของเรา การชนกับหลุมดำเป็นเหตุการณ์ภัยพิบัติทำให้เกิดระลอกคลื่นของกาลอวกาศที่เรียกว่าคลื่นโน้มถ่วงซึ่งเราสามารถตรวจจับได้บนโลกด้วยหอดูดาวเช่น LIGO และ Virgo

"เรายังตรวจไม่พบแสงจากการชนเหล่านี้ แต่ความก้าวหน้าในความไวของอุปกรณ์ตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง ร่วมกับเครื่องตรวจจับใหม่ในอินเดียและญี่ปุ่น จะนำไปสู่การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในแง่ของจำนวนเหตุการณ์ประเภทนี้ที่เราสามารถทำได้ ตรวจจับได้ มันน่าตื่นเต้นอย่างไม่น่าเชื่อและน่าจะเปิดศักราชใหม่สำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์”

ในการคำนวณอัตราการขยายตัวของเอกภพหรือที่เรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จำเป็นต้องทราบระยะห่างของวัตถุทางดาราศาสตร์จากโลก รวมทั้งความเร็วที่พวกมันเคลื่อนที่ออกไป การวิเคราะห์คลื่นโน้มถ่วงบอกเราว่าการชนกันอยู่ไกลแค่ไหน เหลือเพียงความเร็วที่จะกำหนดเท่านั้น

เพื่อบอกว่ากาแล็กซีที่มีการชนกันเคลื่อนที่ออกไปได้เร็วเพียงใด เราดูที่ "เรดชิฟต์" ของแสง นั่นคือความยาวคลื่นของแสงที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกยืดออกไปโดยการเคลื่อนที่ของมันอย่างไร การระเบิดของแสงที่อาจมาพร้อมกับการชนเหล่านี้จะช่วยให้เราระบุกาแลคซีที่เกิดการชนกัน ทำให้นักวิจัยสามารถรวมการวัดระยะทางและการวัดการเปลี่ยนแปลงสีแดงในดาราจักรนั้น

ดร.ฟีนีย์ กล่าวว่า "แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของเหตุการณ์ภัยพิบัติเหล่านี้ยังไม่สมบูรณ์ และการศึกษานี้ควรให้แรงจูงใจเพิ่มเติมในการปรับปรุง หากสมมติฐานของเราถูกต้อง การชนกันหลายครั้งจะไม่ทำให้เกิดการระเบิดที่เราตรวจพบได้ หลุมดำจะกลืนดาวฤกษ์ โดยไม่ทิ้งร่องรอยไว้ แต่ในบางกรณี หลุมดำที่มีขนาดเล็กกว่าอาจฉีกดาวนิวตรอนออกจากกันก่อนจะกลืนเข้าไป

ศาสตราจารย์ Hiranya Peiris ผู้ร่วมเขียนบท (UCL Physics & Astronomy และ Stockholm University) กล่าวว่า "ข้อขัดแย้งเกี่ยวกับค่าคงที่ฮับเบิลเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาลวิทยา นอกจากจะช่วยเราไขปริศนานี้แล้ว กาลอวกาศยังกระเพื่อมจากเหตุการณ์ภัยพิบัติเหล่านี้อีกด้วย หน้าต่างใหม่บนจักรวาล เราสามารถคาดหวังการค้นพบที่น่าตื่นเต้นมากมายในทศวรรษหน้า"

คลื่นความโน้มถ่วงตรวจพบที่หอดูดาวสองแห่งในสหรัฐอเมริกา (LIGO Labs) แห่งหนึ่งในอิตาลี (ราศีกันย์) และอีกหนึ่งแห่งในญี่ปุ่น (KAGRA) หอดูดาวแห่งที่ห้า LIGO-India กำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง

การประมาณการการขยายตัวของจักรวาลที่ดีที่สุดสองอย่างในปัจจุบันของเราคือ 67 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก (3.26 ล้านปีแสง) และ 74 กิโลเมตรต่อวินาทีต่อเมกะพาร์เซก แบบแรกมาจากการวิเคราะห์พื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาล การแผ่รังสีที่เหลือจากบิ๊กแบง ในขณะที่แบบที่สองมาจากการเปรียบเทียบดาวฤกษ์ในระยะทางที่ต่างกันจากโลก โดยเฉพาะเซเฟอิดส์ซึ่งมีความสว่างแปรผัน และดาวระเบิดที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวาประเภท Ia

ดร. ฟีนีย์อธิบายว่า: "ในขณะที่การวัดพื้นหลังของไมโครเวฟจำเป็นต้องมีทฤษฎีที่สมบูรณ์ของจักรวาล แต่วิธีการของดวงดาวไม่ได้เป็นเช่นนั้น ความไม่ลงรอยกันเสนอหลักฐานยั่วเย้าของฟิสิกส์ใหม่ที่อยู่นอกเหนือความเข้าใจในปัจจุบันของเรา อย่างไรก็ตาม ก่อนที่เราจะสามารถกล่าวอ้างเช่นนั้นได้ เรา ต้องการการยืนยันความขัดแย้งจากการสังเกตการณ์ที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ - เราเชื่อว่าสิ่งเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้จากการชนกันของดาวนิวตรอนหลุมดำ"

การศึกษาดำเนินการโดยนักวิจัยจาก UCL, Imperial College London, Stockholm University และ University of Amsterdam ได้รับการสนับสนุนจากราชสมาคม สภาวิจัยแห่งสวีเดน (VR) มูลนิธิ Knut and Alice Wallenberg และองค์การเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์แห่งเนเธอร์แลนด์ (NWO)บาคาร่า สมัครบาคาร่า