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川陀太空讯 自138亿年前宇宙大爆炸以来，宇宙一直在拽着数以亿计的星系和恒星膨胀，就像一个镶嵌着葡萄干的面包。天体物理学家已经将望远镜对准了特定的几个恒星和其他宇宙中的源，以此测量它们离地球的距离，和它们远离我们的速度--这是两个计算哈勃常数的关键参数，所谓哈勃常数，即是用于描述宇宙膨胀速度的一个物理量。 然而直至今日，最为精确的测量结果却给了我们数值上大相径庭的哈勃常数，并不能给我们一个宇宙究竟膨胀得多快的定论。科学家相信，这一信息能够揭示宇宙的起源和它的命运，以及宇宙究竟会无限膨胀，或者最终坍塌? 如今，来自麻省理工大学和哈佛大学的科学家们提出了一种更加独立、精确地测量哈勃常数的新方法，那就是利用黑洞-中子星双星系统--这一相对罕见的系统，即一对巨大的、能量旺盛的螺旋黑洞和中子星--的引力波效应。当这两个天体互相公转时，一旦最终碰撞，他们就会产生空间震荡引力波和一次可见光爆发。 在《物理评论通讯》刊登的一篇论文中，研究者们报告道这一可见光爆发能给科学家以测量它们远离地球速度的机会。如果地球探测到它们发射的引力波，则能独立地、精确地提供这个系统的距离。虽然黑洞-中子星双星系统在宇宙中非常少见，研究者们已经计算出，即便只探测到少量的样本，也能给出目前以来最精确和哈勃常数和宇宙膨胀速率。 麻省理工大学物理系助理教授发现，黑洞-中子星双星系统是最为复杂的系统，我们只对它有非常有限的认知，如果我们探测到一个，我们就能为对宇宙的理解作出巨大的贡献。最近，科学家们完成了两次互相独立的对哈勃常数的测量，其中一个是用NASA的哈勃望远镜，另一个使用的是欧洲太空署的普朗克卫星。 哈勃望远镜的测量是基于对一种被称为造父变星的恒星的观测，此外还有对超新星的观测。由于这两种天体可预料到的亮度，它们都被认为是“标准烛光”，即科学家们用来测量恒星的距离和速度的样本。 另一种测量则是基于对宇宙微波背景辐射波动的观测--这是宇宙大爆发后，即宇宙的幼年阶段时留下的电磁辐射。这两种观测都足够得精确、严格，但它们得到的结果却迥乎不同。LIGO，或者说激光干涉引力波天文台，曾观测到引力波--这一由巨大的灾难性天体物理事件，引发的像果冻一般的空间涟漪。 引力波为我们提供了直接而又简便的方法，来测量各个源的距离，我们用LIGO探测到的是我们和源之间距离的直接证据，不用经过任何额外的分析。 2017年，科学家们得到了第一次通过引力波测量哈勃常数的机会，这就是LIGO和它的意大利伙伴Virgo首次探测到一对碰撞的中子星发射的引力波。这次碰撞释放出了大量的因录播，故而研究者能够测量得到这一系统和地球的距离。这次融合还释放了一次可见光，这能让天文学家使用地面或空间望远镜，测量这一系统的速度。 通过以上两种测量，科学家们计算出了哈勃常数的最新值。然而，这一数据有14%的不确定性，远远比哈勃空间望远镜和普朗克卫星计算所得的值不可靠得多，大多数的不确定项都来自于通过引力波计算中子星双星系统和地球之间距离这一过程中的困难。 川陀太空认为，当我们通过看这一引力波信号有多‘响’来测量距离”，如果信号很清晰，你就能知道它有多响，然后给出距离。但对于中子星双星系统而言，这只是局部正确。这是因为这两个中子星互相旋绕，形成一个能量涡流盘，从而不均匀地释放出引力波。大部分的引力波直接从盘的中心射出，而小部分则从盘的边缘逃逸。 如果科学家们观测到一个“响”的引力波信号，它可能由两种情景造成:被探测到的引力波来自于非常靠近地球的系统边缘，或来自于更远的系统中心。对于中子星双星系统而言，分辨这两种情景非常困难。 2014年，在LIGO完成第一次引力波探测之前，Vitale和他的同时观测了由一个黑洞和一个中子星组成的双星系统，与中子星双星相比，对它们的测量能给出更加精确的距离。在知道黑洞沿着它们的轴自转，就像地球但比地球更快的情况下，这一团队还研究了如何精确地测量黑洞的自转。 |
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