Супутники «космічного GPS» на околицях Сонячної системи допоможуть виміряти розширення Всесвіту

Астрономи запропонували створити «космічний GPS» — мережу з п’яти штучних супутників на околицях Сонячної системи, які можуть з високою точністю вимірювати відстані у Всесвіті за часом проходження сигналів між ними. Така система дозволить точно виміряти сталу Габбла — швидкість розширення Всесвіту, щодо якої науковці досі не можуть дійти згоди. Крім цього, супутники зможуть виявляти гравітаційні хвилі, досліджувати темну матерію та навіть перевірити існування гіпотетичної Дев’ятої планети. Дослідження опублікували на сайті препринтів arXiv.

Навіщо відправляти до околиць Сонячної системи нові апарати?

Однією з найважливіших проблем сучасної космології є напруженість Габбла — різні методи вимірювання швидкості розширення Всесвіту дають різні результати. Аналіз реліктового випромінювання показує менше значення, ніж спостереження за цефеїдами та надновими — двома типами зірок, відстань до яких астрономи можуть виміряти доволі точно.

Різниця між вимірюваннями сталої Габбла різними методами вже більша за похибки вимірювань. Це може означати або приховані систематичні помилки в нашому методі вимірювання швидкості розширення Всесвіту, або те, що стандартна модель Всесвіту неповна, наприклад, темна енергія може змінюватися з часом. Щоб урахувати можливість похибки вимірювання, американські науковці на чолі з фахівцями Вашингтонського університету запропонували запустити апарати в межах Сонячної системи, роботою яких зможуть керувати з Землі.

Що потрібно для вимірювання Всесвіту за допомогою «космічного GPS»?

Науковці запропонували концепцію Cosmic Positioning System — мережі з п’яти космічних апаратів, розташованих у Сонячній системі на відстані 20–100 астрономічних одиниць один від одного. Разом вони працюватимуть як гігантський радіоінтерферометр розміром із зовнішню Сонячну систему. Для реалізації проєкту потрібні великі антени діаметром близько дев’яти метрів, надчутливі приймачі з охолодженням приблизно до −253 градусів Цельсія та компактні високостабільні атомні годинники. Окрім цього, апарати мають обладнати автономними джерелами енергії, такими як радіоізотопні генератори, оскільки далеко від Сонця сонячні панелі працюють погано.

Кожен з апаратів фіксуватиме час приходу сигналів від далеких космічних джерел. За допомогою атомних годинників астрономи визначатимуть точну різницю між показниками різних апаратів, що дозволить виміряти відстані до далеких об’єктів у Всесвіті та швидкість їхнього віддалення від Сонячної системи. При цьому науковцям не потрібно буде використовувати складну багаторівневу шкалу космічних відстаней, яка призводить до накопичення похибок.

Як нові апарати допоможуть вивчати Всесвіт?

Крім уточнення сталої Габбла, така система може виконувати й інші фундаментальні астрофізичні вимірювання: досліджувати розподіл темної матерії через аналіз сигналів швидких радіосплесків або реєструвати гравітаційні хвилі дуже низьких частот від пар надмасивних чорних дір. Також вони допоможуть вимірювати гравітаційне поле далеких областей Сонячної системи, зокрема масу об’єктів у поясі Койпера та можливі ознаки теоретичної Дев’ятої планети.

Поки що це лише теоретичний проєкт у межах програми досліджень нових ідей, який ще не отримав фінансування. Проте розрахунки показують, що його реалізація можлива за умови подальшого розвитку високоточних космічних технологій.

Як вимірюють відстані у Всесвіті

🌟 Вивчаючи червоних гігантів, астрономи розрахували відстань до 18 карликових галактик, у яких знаходяться ці зорі.

🤔 Нові розрахунки вказали на те, що Всесвіт розширюється швидше за попередні оцінки.

📖 Детальніше про методи визначення віку небесних тіл і відстані до них ми розповідали в матеріалі «Звідки їм знати?»