根據(jù)宇宙大爆炸理論，自從138億年前大爆炸以來，宇宙就裹挾著數(shù)千億個星系和恒星一直不斷地膨脹。哈勃常數(shù)，即哈勃定律中河外星系退行速度同距離的比值，是宇宙論體系中天文學(xué)家們描述宇宙膨脹速度的一個重要概念。

通過把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)某些恒星和其他宇宙源，天文學(xué)家測量它們離地球的距離以及它們離我們遠(yuǎn)去的速度——這是估算哈勃常數(shù)至關(guān)重要的兩個常數(shù)。然而，迄今為止，一系列最為精確的觀測得出的卻是截然不同的哈勃常數(shù)結(jié)果，也就無法給出宇宙膨脹的確切速度?？茖W(xué)家們?nèi)匀幌嘈?，這些數(shù)據(jù)與信息能揭示宇宙的起源、命運(yùn)以及它是會無限膨脹還是最終會崩潰的奧秘。

據(jù)《物理評論快報》（Physical Review Letters）7月12日刊發(fā)的一篇研究論文稱，美國麻省理工學(xué)院（MIT）和哈佛大學(xué)（Harvard）的科學(xué)家們提出了一種更精確、更獨(dú)立的方法來測量哈勃常數(shù)，那就是利用一種相對罕見的雙星系統(tǒng)——由一個螺旋狀黑洞和一顆中子星配對構(gòu)成的高能“黑洞-中子星雙星”系統(tǒng)——所發(fā)射出的引力波。具體來講，當(dāng)這兩個天體相互靠近并最終相撞時，它們就會產(chǎn)生震動宇宙空間的引力波和一道閃光。

研究論文指出，一方面，這道閃光可以幫助科學(xué)家們估算出這個系統(tǒng)遠(yuǎn)離地球的速度；另一方面，如果在地球上探測到相應(yīng)的引力波，科學(xué)家就能提供一個獨(dú)立而精確的該系統(tǒng)與地球距離的測量結(jié)果。

MIT物理學(xué)助理教授、論文主要作者薩爾瓦托·維塔勒（Salvatore Vitale）表示，盡管“黑洞-中子星雙星”系統(tǒng)是非常罕見的，但研究人員經(jīng)計算斷定，即使只能探測到極少數(shù)的該類系統(tǒng)，也足以空前精確地計算出哈勃常數(shù)以及宇宙膨脹的速率。

美國的激光干涉引力波天文臺（LIGO）能夠探測由災(zāi)難性的天體物理現(xiàn)象所引發(fā)的引力波。維塔勒介紹道：“引力波為我們提供了一種非常直接而簡單的方法來測量地球與其波源的距離。我們用LIGO檢測到的是地球與波源之間距離的直接軌跡，無需任何額外的分析計算?！?/p>

2014年，在LIGO首次探測到引力波之前，維塔勒的團(tuán)隊(duì)經(jīng)觀察獲知：與中子雙星系統(tǒng)相比，一個由黑洞和中子星組成的雙星系統(tǒng)能夠提供更為精確的距離測量結(jié)果。維塔勒解釋，由于黑洞圍繞中子星旋轉(zhuǎn)，這一特點(diǎn)可以幫助科學(xué)家更好地確定引力波是從系統(tǒng)的什么部位發(fā)散出來的。

為了驗(yàn)證這一結(jié)論，研究小組進(jìn)行了模擬運(yùn)算實(shí)驗(yàn)，力圖預(yù)測這兩種類型的雙星系統(tǒng)在宇宙中出現(xiàn)的幾率，以及它們各自在距離測量中的準(zhǔn)確性。經(jīng)計算，他們得出的結(jié)論是，盡管中子雙星系統(tǒng)與“黑洞-中子星雙星”系統(tǒng)的數(shù)量比是50:1，但通過兩者計算出哈勃常數(shù)的精確度不分仲伯；更樂觀地說，如果“黑洞-中子星雙星”系統(tǒng)稍微更常見一點(diǎn)，即使仍然比中子雙星罕見得多，前者的哈勃常數(shù)將是后者精確度的四倍。

維塔勒展望道：“我們已經(jīng)證明，“黑洞-中子星雙星”螺旋系統(tǒng)的引力波源到目前為止還沒有被充分地利用——LIGO將在2019年1月重新開始收集數(shù)據(jù)，它的性能將更加敏感，這意味著我們將能夠看到更遙遠(yuǎn)的天體。所以，LIGO應(yīng)該能夠觀測到至少1個、最多25個‘黑洞-中子星雙星’，這有望在未來幾年里有助于緩解天文學(xué)界因不同哈勃常數(shù)測量值帶來的紛爭與壓力?！?/p>

編譯：朱明逸 審稿：西莫 編輯：程建蘭

來源：https:///news/2018-07-gravitational-reveal-fast-universe.html