川陀太空訊 自138億年前宇宙大爆炸以來(lái)，宇宙一直在拽著數(shù)以億計(jì)的星系和恒星膨脹，就像一個(gè)鑲嵌著葡萄干的面包。天體物理學(xué)家已經(jīng)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了特定的幾個(gè)恒星和其他宇宙中的源，以此測(cè)量它們離地球的距離，和它們遠(yuǎn)離我們的速度--這是兩個(gè)計(jì)算哈勃常數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，所謂哈勃常數(shù)，即是用于描述宇宙膨脹速度的一個(gè)物理量。
然而直至今日，最為精確的測(cè)量結(jié)果卻給了我們數(shù)值上大相徑庭的哈勃常數(shù)，并不能給我們一個(gè)宇宙究竟膨脹得多快的定論。科學(xué)家相信，這一信息能夠揭示宇宙的起源和它的命運(yùn)，以及宇宙究竟會(huì)無(wú)限膨脹，或者最終坍塌?
如今，來(lái)自麻省理工大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們提出了一種更加獨(dú)立、精確地測(cè)量哈勃常數(shù)的新方法，那就是利用黑洞-中子星雙星系統(tǒng)--這一相對(duì)罕見的系統(tǒng)，即一對(duì)巨大的、能量旺盛的螺旋黑洞和中子星--的引力波效應(yīng)。當(dāng)這兩個(gè)天體互相公轉(zhuǎn)時(shí)，一旦最終碰撞，他們就會(huì)產(chǎn)生空間震蕩引力波和一次可見光爆發(fā)。
在《物理評(píng)論通訊》刊登的一篇論文中，研究者們報(bào)告道這一可見光爆發(fā)能給科學(xué)家以測(cè)量它們遠(yuǎn)離地球速度的機(jī)會(huì)。如果地球探測(cè)到它們發(fā)射的引力波，則能獨(dú)立地、精確地提供這個(gè)系統(tǒng)的距離。雖然黑洞-中子星雙星系統(tǒng)在宇宙中非常少見，研究者們已經(jīng)計(jì)算出，即便只探測(cè)到少量的樣本，也能給出目前以來(lái)最精確和哈勃常數(shù)和宇宙膨脹速率。
麻省理工大學(xué)物理系助理教授發(fā)現(xiàn)，黑洞-中子星雙星系統(tǒng)是最為復(fù)雜的系統(tǒng)，我們只對(duì)它有非常有限的認(rèn)知，如果我們探測(cè)到一個(gè)，我們就能為對(duì)宇宙的理解作出巨大的貢獻(xiàn)。最近，科學(xué)家們完成了兩次互相獨(dú)立的對(duì)哈勃常數(shù)的測(cè)量，其中一個(gè)是用NASA的哈勃望遠(yuǎn)鏡，另一個(gè)使用的是歐洲太空署的普朗克衛(wèi)星。
哈勃望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量是基于對(duì)一種被稱為造父變星的恒星的觀測(cè)，此外還有對(duì)超新星的觀測(cè)。由于這兩種天體可預(yù)料到的亮度，它們都被認(rèn)為是“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，即科學(xué)家們用來(lái)測(cè)量恒星的距離和速度的樣本。
另一種測(cè)量則是基于對(duì)宇宙微波背景輻射波動(dòng)的觀測(cè)--這是宇宙大爆發(fā)后，即宇宙的幼年階段時(shí)留下的電磁輻射。這兩種觀測(cè)都足夠得精確、嚴(yán)格，但它們得到的結(jié)果卻迥乎不同。LIGO，或者說(shuō)激光干涉引力波天文臺(tái)，曾觀測(cè)到引力波--這一由巨大的災(zāi)難性天體物理事件，引發(fā)的像果凍一般的空間漣漪。
引力波為我們提供了直接而又簡(jiǎn)便的方法，來(lái)測(cè)量各個(gè)源的距離，我們用LIGO探測(cè)到的是我們和源之間距離的直接證據(jù)，不用經(jīng)過(guò)任何額外的分析。
2017年，科學(xué)家們得到了第一次通過(guò)引力波測(cè)量哈勃常數(shù)的機(jī)會(huì)，這就是LIGO和它的意大利伙伴Virgo首次探測(cè)到一對(duì)碰撞的中子星發(fā)射的引力波。這次碰撞釋放出了大量的因錄播，故而研究者能夠測(cè)量得到這一系統(tǒng)和地球的距離。這次融合還釋放了一次可見光，這能讓天文學(xué)家使用地面或空間望遠(yuǎn)鏡，測(cè)量這一系統(tǒng)的速度。
通過(guò)以上兩種測(cè)量，科學(xué)家們計(jì)算出了哈勃常數(shù)的最新值。然而，這一數(shù)據(jù)有14%的不確定性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡和普朗克衛(wèi)星計(jì)算所得的值不可靠得多，大多數(shù)的不確定項(xiàng)都來(lái)自于通過(guò)引力波計(jì)算中子星雙星系統(tǒng)和地球之間距離這一過(guò)程中的困難。
川陀太空認(rèn)為，當(dāng)我們通過(guò)看這一引力波信號(hào)有多‘響’來(lái)測(cè)量距離”，如果信號(hào)很清晰，你就能知道它有多響，然后給出距離。但對(duì)于中子星雙星系統(tǒng)而言，這只是局部正確。這是因?yàn)檫@兩個(gè)中子星互相旋繞，形成一個(gè)能量渦流盤，從而不均勻地釋放出引力波。大部分的引力波直接從盤的中心射出，而小部分則從盤的邊緣逃逸。
如果科學(xué)家們觀測(cè)到一個(gè)“響”的引力波信號(hào)，它可能由兩種情景造成:被探測(cè)到的引力波來(lái)自于非?？拷厍虻南到y(tǒng)邊緣，或來(lái)自于更遠(yuǎn)的系統(tǒng)中心。對(duì)于中子星雙星系統(tǒng)而言，分辨這兩種情景非常困難。
2014年，在LIGO完成第一次引力波探測(cè)之前，Vitale和他的同時(shí)觀測(cè)了由一個(gè)黑洞和一個(gè)中子星組成的雙星系統(tǒng)，與中子星雙星相比，對(duì)它們的測(cè)量能給出更加精確的距離。在知道黑洞沿著它們的軸自轉(zhuǎn)，就像地球但比地球更快的情況下，這一團(tuán)隊(duì)還研究了如何精確地測(cè)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
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