La astronomía de ondas gravitacionales proporciona una nueva forma única de estudiar la historia de expansión del Universo. El 17 de agosto de 2017, las colaboraciones de LIGO y Virgo detectaron por primera vez ondas gravitacionales de un par de escaleras de neutrones que se fusionaban. La señal de la onda gravitacional fue acompañada por una gama de contrapartes identificadas con telescopios electromagnéticos.

Este descubrimiento de múltiples mensajeros permitió a los astrónomos medir directamente la constante de Hubble, una unidad de medida que nos dice qué tan rápido se está expandiendo el Universo. Un estudio reciente del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) dirigido por los investigadores Zhiqiang You y Xingjiang Zhu (Universidad de Monash), estudió una forma alternativa de hacer cosmología con observaciones de ondas gravitacionales.

En comparación con las fusiones de estrellas de neutrones, Las fusiones de agujeros negros son fuentes mucho más abundantes de ondas gravitacionales. Mientras que hasta ahora solo se han detectado dos fusiones de estrellas de neutrones, Las colaboraciones de LIGO y Virgo han publicado 10 eventos de fusión de agujeros negros binarios y se han reportado docenas más de candidatos.

Desafortunadamente, no se esperan emisiones electromagnéticas de las fusiones de agujeros negros. El modelado teórico de supernovas (explosiones estelares poderosas y luminosas) sugiere que existe una brecha en las masas de los agujeros negros alrededor de 45 a 60 veces la masa de nuestro Sol. Algunas pruebas no concluyentes que apoyan esta brecha masiva se encontraron en las observaciones realizadas en las dos primeras series de observación de LIGO y Virgo. La nueva investigación de OzGrav muestra que esta característica única en el espectro de masas del agujero negro puede ayudar a determinar el historial de expansión de nuestro Universo utilizando únicamente datos de ondas gravitacionales.

OzGrav Ph.D. El estudiante y primer autor Zhiqiang You dice:"Nuestro trabajo estudió la perspectiva con detectores de ondas gravitacionales de tercera generación, lo que nos permitirá ver cada fusión de agujeros negros binarios en el Universo ".

Aparte de la constante de Hubble, Hay otros factores que pueden afectar la forma en que se distribuyen las masas de los agujeros negros. Por ejemplo, los científicos aún no están seguros de la ubicación exacta de la brecha de masa del agujero negro y cómo evoluciona el número de fusiones de agujeros negros a lo largo de la historia cósmica.

El nuevo estudio demuestra que es posible medir simultáneamente masas de agujeros negros junto con la constante de Hubble. Se descubrió que un detector de tercera generación como el Telescopio Einstein o el Explorador Cósmico debería medir la constante de Hubble en más del uno por ciento en un año de funcionamiento. Es más, con solo una semana de observación, el estudio reveló que es posible distinguir la cosmología estándar de energía oscura y materia oscura con sus alternativas simples.