Peneliti dari University of Illinois Urbana-Champaign dan University of Chicago telah mengembangkan pendekatan baru untuk menghitung konstanta Hubble menggunakan gelombang gravitasi dari tabrakan lubang hitam. Teknik ini, yang dikenal sebagai metode sirene stokastik, menganalisis dengungan latar belakang dari penggabungan samar untuk berpotensi menyelesaikan ketegangan Hubble. Temuan tersebut, yang diterima untuk diterbitkan di Physical Review Letters, menawarkan presisi yang lebih baik dengan data saat ini.
Astronom telah memperdebatkan laju ekspansi alam semesta selama puluhan tahun, mengandalkan konstanta Hubble untuk mengukurnya. Pengukuran dari pengamatan alam semesta awal bertentangan dengan yang dari peristiwa kosmik yang lebih baru, menciptakan ketegangan Hubble—teka-teki utama dalam kosmologi. Tim yang dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana fisika Illinois Bryce Cousins telah memperkenalkan metode sirene stokastik, yang mempelajari latar belakang gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam yang tak terhitung jumlahnya yang tidak terdeteksi. Riak-riak ini di ruang-waktu, yang terdeteksi oleh Kolaborasi LIGO-Virgo-KAGRA, membentuk dengungan kosmik samar yang mengungkapkan tingkat tabrakan di seluruh alam semesta. Dengan menghubungkan tingkat ini ke volume yang dapat diamati, metode tersebut menyimpulkan kecepatan ekspansi: konstanta Hubble yang lebih rendah akan menekan peristiwa ke ruang yang lebih kecil, memperkuat sinyal latar belakang. Menggunakan data LIGO-Virgo-KAGRA yang ada, para peneliti menyingkirkan laju ekspansi yang sangat lambat tanpa mendeteksi latar belakang secara langsung. Menggabungkannya dengan data dari penggabungan individu menghasilkan perkiraan konstanta Hubble yang lebih tepat, selaras dengan rentang yang disengketakan ketegangan. Saat detektor meningkat, pendekatan ini menjanjikan hasil yang lebih tajam; para ilmuwan memperkirakan deteksi latar belakang dalam sekitar enam tahun. Nicolás Yunes, profesor fisika Illinois dan direktur pendiri Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, menyatakan, «Hasil ini sangat signifikan—penting untuk mendapatkan pengukuran independen konstanta Hubble untuk menyelesaikan ketegangan Hubble saat ini. Metode kami adalah cara inovatif untuk meningkatkan akurasi inferensi konstanta Hubble menggunakan gelombang gravitasi.» Daniel Holz, profesor fisika dan astronomi University of Chicago, menambahkan, «Tidak setiap hari Anda menemukan alat baru sepenuhnya untuk kosmologi. Kami menunjukkan bahwa dengan menggunakan dengungan latar belakang gelombang gravitasi dari lubang hitam yang bergabung di galaksi jauh, kami dapat belajar tentang usia dan komposisi alam semesta. Ini adalah arah yang menarik dan benar-benar baru, dan kami menantikan penerapan metode kami pada dataset masa depan untuk membantu membatasi konstanta Hubble, serta kuantitas kosmologis kunci lainnya.» Studi ini melibatkan kolaborator termasuk Kristen Schumacher, Ka-wai Adrian Chung dari Illinois, dan Colm Talbot dan Thomas Callister dari Chicago. Pendanaan berasal dari NSF, Simons Foundation, NASA, dan lainnya. Makalah dijadwalkan untuk edisi 11 Maret Physical Review Letters dan tersedia di arXiv.