科學家表示,可以利用空間和時間中的小漣漪或重力波來測量宇宙膨脹的速度,這可以解決當今物理學中最大的謎團之一。這種計算速率的不平等被稱為“哈伯張力”
自 1998 年以來,科學家就知道,不僅 宇宙 擴張,但擴張速度仍在加快。 」暗能量「」已被認為是驅動這種加速的神秘力量的別名。但是,宇宙的整體膨脹率仍然存在突出的問題。儘管已經進行了超過二十年半的研究。
「這個結果非常重要。獲得哈伯常數的獨立測量結果對於解決當前的哈伯緊張局勢非常重要,」團隊負責人、伊利諾伊州厄巴納宇宙高級研究中心(ICASU)創始人尼古拉斯·尤尼斯(Nicholas Younes)說。 在一份聲明中說 “我們的方法提供了一種提高利用重力波推斷哈伯常數的準確性的新方法。”
為什麼會有引力波?
重力波的故事也開始於1915年。 阿爾伯特愛因斯坦萬有引力理論,又稱 廣義相對論廣義相對論表明,具有質量的物體決定了時空的結構。 (時空四個維度的整合)被扭曲。我們所體驗到的重力就是由這種扭曲產生的。質量越大,曲率就會越大。而且重力的作用會更強。
然而,廣義相對論也預測,當物體在時空中加速時,這會引起向外輻射的漣漪。 光速這些東西被稱為重力波。藉由雷射干涉儀重力波天文台,人類在2015年首次偵測到重力波(利戈)在美國偵測到的波浪來自兩個大波浪的碰撞和合併。 黑洞 它們距離我們大約13億光年。此後,LIGO 分別與義大利和日本的 Virgo 探測器和神岡重力波探測器 (KAGRA) 一起探測到了黑洞對之間多次合併產生的重力波。超密集中子星對,甚至是黑洞與中子星之間的混合合併。
在引力波之前曾被提議作為哈伯常數的度量。但問題是準確性還沒達到。該團隊認為他們的新方法具有這種精確度。據說,隨著我們的重力波探測器變得更加靈敏,它只會增加。
「並不是每天都會有新的宇宙學工具。我們利用遙遠星系中黑洞合併產生的背景重力波噪音來證明這一點。我們可以了解宇宙的年齡和組成,」芝加哥大學的丹尼爾霍爾茲說。 “這是一個令人興奮且全新的方向。我們希望將我們的方法應用於未來的數據集。以幫助約束哈伯常數。其他重要的宇宙學量也是如此。”
在使用重力波測量哈伯常數時,科學家需要測量引起波的事件遠離我們的速度。這不僅僅是估計與事件發生的距離。這將需要天文學家追蹤這些事件甚至來自發生該事件的星系的光,或更準確地說是電磁輻射。
當比較這兩種形式的天文學(它們組合成一種稱為「多信使天文學」的東西)時,科學家們得出了哈伯常數的兩個值。其中一個值是單獨的電磁輻射。另一種則是利用電磁輻射和重力波。如果這些技術不一致,哈伯的張力仍然存在,科學家知道,早期宇宙和現代宇宙存在一些目前尚未考慮到的差異。
團隊提出的方法是使用所謂的隨機警報法,即背景重力波。這可以被認為是來自遙遠碰撞事件的宇宙呻吟。它是由相對較近的巨型黑洞合併組成的響亮樂團的基礎。
「因為我們觀察到了單一黑洞的碰撞,所以我們能夠確定這些碰撞在整個宇宙中發生的速率。」考辛斯說。我們預計還會有更多我們無法觀察到的事件。這就是所謂的重力波背景。

卡曾斯和同事認為,哈伯常數越低,碰撞的自由空間越小。這導致更高的碰撞密度。並且使得重力波的背景訊號更強,這樣如果沒有偵測到背景就表示哈伯常數增加了。
儘管LIGO-Virgo-KAGRA公司集團對探測背景重力波也不敏感。但該團隊仍能夠將警報器隨機化方法應用於這些探測器收集的數據。他們發現這意味著哈伯常數的值更高。從而加快國際擴張速度。
這只是團隊的概念驗證。如何隨機化警報器可能在未來六年內成為現實,當靈敏度提高時,科學家就能夠收緊哈伯常數的限制。在此期間之後,重力波探測器應該足夠靈敏,能夠「聽到」大多數重力波的背景。而且該方法可以發展到足以提供哈伯常數的獨立測量。這可能會結束哈伯的緊張局勢。
「這應該為這種方法的未來應用鋪平道路。隨著我們不斷提高靈敏度,更好地控制重力波背景,他們甚至可能能夠探測到它,」考辛斯說。 “將這些信息結合在一起,我們期望得到更好的宇宙學結果。並更接近解決哈伯張力。”
該團隊的研究發表在 3 月 11 日的期刊上。 實體審查信









