引力波将解决宇宙难题

引力波将解决宇宙难题

宇宙学家组成的一个国际研究小组的研究结果显示，对未来10年约50颗双星引力波的测量，将最终解决围绕我们的宇宙膨胀速度有多快的激烈争论。

宇宙已经膨胀了138亿年。它目前的膨胀速度，被称为“哈勃常数”，给出了大爆炸以来的时间。然而，用来测量哈勃常数的两种最好的方法得出了相互矛盾的结果，这表明我们对宇宙结构和历史的理解——即“标准宇宙模型”——可能是不正确的。

这项研究表明，来自被称为“标准警报”的双子星发出的引力波的独立新数据，将如何一劳永逸地打破相互冲突的测量结果之间的僵局。我们已经计算出，通过在未来十年中观测50颗双星，我们将有足够的引力波数据来独立确定哈勃常数的最佳测量值,我们应该能够在5至10年内发现足够多的合并，以回答这个问题。

哈勃常数是20世纪20年代埃德温·哈勃(Edwin Hubble)和乔治·勒梅特尔(Georges Lemaitre)的研究成果，是宇宙学中最重要的数字之一。这个常数“对于估计空间曲率和宇宙年龄，以及探索宇宙的命运都至关重要。”我们可以测量哈勃常数用两个方法——一个观察造父变星恒星和超新星宇宙在当地,和第二个使用测量早期宇宙的宇宙背景辐射,但这些方法不给同样的价值观,这意味着我们的标准宇宙模型可能是有缺陷的。

研究开发了一种普遍适用的技术来计算引力波数据将如何解决这个问题。引力波是由双星中子星在碰撞前向对方旋转时发出的，这种碰撞产生的明亮闪光可以被望远镜探测到。伦敦大学学院的研究人员在2017年8月参与探测引力波事件的第一束光。双星中子星事件是罕见的，但它们在提供另一条追踪宇宙如何膨胀的路径方面是无价的。它们发出的引力波在时空中产生涟漪，激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座(Virgo)实验可以探测到这些涟漪，从而精确测量出该系统与地球的距离。

另外，通过探测伴随爆炸的光，天文学家可以确定系统的速度，从而利用哈勃定律计算出哈勃常数。在这项研究中，研究人员模拟了需要多少次这样的观测才能解决精确测量哈勃常数的问题。这进而将导致对宇宙如何膨胀的最精确的描述，并帮助我们改进标准的宇宙模型。”