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圖解：隨時間推移拍攝的一顆造父變星（類似宇宙的燈塔，可被應(yīng)用于測量宇宙膨脹）。圖源：美國國家航空航天局 / 歐洲航天局 / 空間望遠(yuǎn)鏡研究所（NASA / ESA / STScI/AURA） 近年來，宇宙學(xué)家正面臨著一種危機：盡管他們知道我們的宇宙正在膨脹，大家卻不能在其膨脹速度上達(dá)成一致。這是因為目前有多種方法測量哈勃常數(shù)（Hubble Constant），一種描述宇宙膨脹的基本參數(shù)，而各種方法得到的結(jié)果卻相互矛盾。不過最近一次對“暗黑警鈴”的幸運的觀測也許能夠緩解這個緊張的局面——相對于“標(biāo)準(zhǔn)警鈴”，“暗黑警鈴”是指在黑洞或中子星相撞融合時可被地球上的引力波檢測裝置捕捉到的信號，然而該過程卻不能用普通望遠(yuǎn)鏡觀測。
隨著宇宙膨脹，我們周圍的星系會遠(yuǎn)離我們而去，其速度取決于它們與我們之間的距離。而這種速度與距離的關(guān)系就被稱作哈勃常數(shù)，它被冠以美國天文學(xué)家埃德溫?哈勃的姓名，因為他于19世紀(jì)20年代首次計算了該常數(shù)的數(shù)值。而在現(xiàn)代，通過對我們所在區(qū)域的宇宙中一種閃爍的恒星——造父變星的觀測，一些研究人員對哈勃常數(shù)進(jìn)行了更高精度的準(zhǔn)確測量。
但是，一種利用宇宙微波背景（CMB）——大爆炸38萬年后遺留的熱輻射——的方法卻給出了截然不同的答案，這也讓一眾宇宙學(xué)家抓耳撓腮、不得其解。而一位來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的物理學(xué)家索拉布?伯罕尼在接受網(wǎng)站采訪時說到：“引力波或許可以為我們提供測量哈勃常數(shù)的不同方法。”
當(dāng)大質(zhì)量的物體，比如黑洞或者中子星相撞時，它們會扭曲周圍的時空結(jié)構(gòu)并發(fā)出引力波。自從2005年以來，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及位于歐洲的相應(yīng)機構(gòu)室女座干涉儀（Virgo）就在監(jiān)聽類似的大質(zhì)量物體碰撞，碰撞發(fā)出的引力波使讓它們的探測器響應(yīng)，就像響鈴一樣。取決于碰撞發(fā)生的位置與地球之間的距離，LIGO會檢測到或響或弱的信號，科學(xué)家據(jù)此便可計算事件發(fā)生地點與我們的距離。
某些情況下，這些重物之間的撞擊也會發(fā)出可被天文望遠(yuǎn)鏡捕捉的閃光，而這也可揭露一些信息，并被用來測量它們遠(yuǎn)離我們的速度。迄今為止，科學(xué)家只觀測到一次引力波與光信號同時存在的碰撞。該事件發(fā)生于2017年，兩顆中子星相互碰撞，不僅其引力波被LIGO捕捉，碰撞時的光亮也曾被不同地點的望遠(yuǎn)鏡觀測到。利用這次事件，物理學(xué)家也計算出了一個哈勃常數(shù)的數(shù)值，“盡管該測量的誤差值卻大到能夠涵蓋用造父變星和宇宙微波計算的兩個出的兩個不同的數(shù)值”伯罕尼如是說到，“先行工作顯示，科學(xué)家們至少需要觀測50次類似的稀有事件，才能得到一個比較精確的哈勃常數(shù)?！?/span>
“暗黑警鈴”就可以提供一個更快捷的路線：這種碰撞不會發(fā)出閃光，而閃光中正包含著有關(guān)速度的至關(guān)重要的信息，此類碰撞對我們來說幾乎是隱形的——如果不是它們還會發(fā)出引力波的話——只有LIGO以及同類的引力波檢測裝置才能發(fā)現(xiàn)該類碰撞事件。在未來5年中，LIGO的探測器會進(jìn)一步升級，這樣它們就能檢測到更多引力波信號的細(xì)節(jié)，同時也能夠發(fā)現(xiàn)更多的引力波事件，包括更多的“暗黑警鈴”。 美國與歐洲的引力波探測機構(gòu)最近又多了一位新的合作伙伴——來自日本的神岡引力波探測儀（KAGRA），而位于印度的探測器也會于2024年上線。如伯罕尼所說，“終有一天，該引力波探測網(wǎng)絡(luò)將會為我們指出哪片天空的宇宙中剛剛發(fā)生了碰撞事件，其精準(zhǔn)度將比現(xiàn)行的任何方法要高上400倍[1]”。有了這些信息，天文學(xué)家就可以精確指出碰撞事件在某個星系發(fā)生的具體位置，并計算出該星系遠(yuǎn)離地球的速度，而碰撞事件發(fā)出的閃光也就顯得可有可無了。
圖解：在慮到LIGO的規(guī)模，想要在一張照片中展示整個干涉儀裝置是極度困難的。上圖展示了位于漢福德的LIGO裝置，它的Y臂一直延申進(jìn)沙漠，與此同時圖片中僅能展示X臂的一小部分。圖片中還標(biāo)識了Y臂的中間站和終點，由于距離實在太遠(yuǎn)，它們之間的真實距離在圖片中被鏡頭扭曲了。圖源：加州理工學(xué)院 / 麻省理工學(xué)院 / LIGO實驗室（CalTech / MIT / LIGO Lab）
一些非研究團(tuán)隊成員也對“暗黑警鈴”的巨大潛能發(fā)表了評價。由于提供了通過純物理的方法來測量距離的可能——它們“極其特別，純粹且非常吸引人”LIGO小組成員、來自位于伊利諾伊州埃文斯通的西北大學(xué)的引力波天文學(xué)家瑪雅?菲什巴赫如此描述到，“該小組的研究結(jié)果表明，LIGO及其世界范圍內(nèi)共同協(xié)作的干涉儀設(shè)備會在不遠(yuǎn)的將來觀測到越來越多的精準(zhǔn)定位的“警鈴”事件。但我們不能排除一種可能性，那就是其他測量方法在此之前就解決哈勃常數(shù)之爭的危機。”盡管如此，菲什巴赫對于引力波宇宙學(xué)的潛力依然感到非常興奮——在未來它或許可以解決許多基礎(chǔ)的問題，比如一種加速宇宙膨脹的神秘物質(zhì)——暗能量的本質(zhì)和其細(xì)節(jié)。
BY: livescience/Adam Mann FY:小北口 如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除 轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處 選文：天文志愿文章組-長庚先生 翻譯：天文志愿文章組-小北口 審核：天文志愿文章組- 終審：天文志愿文章組-零度星系 排版：天文志愿文章組-零度星系 美觀：天文志愿文章組- 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學(xué)名詞 3.原文來自：https://www./dark-sirens-resolve-hubble-tension.html 本文由天文志愿文章組-小北口翻譯自文章作者livescience/ Adam Mann的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除。 注意：所有信息數(shù)據(jù)龐大，難免出現(xiàn)錯誤，還請各位讀者海涵以及歡迎斧正。 結(jié)束，感謝您的閱讀與關(guān)注 全文排版：天文在線（零度星系） 轉(zhuǎn)載請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處 浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底 |
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近日，一科研團(tuán)隊提出利用一種被稱為“暗黑警鈴”（Dark Siren）的引力波事件來解決宇宙科學(xué)上一大危機的方法。
伯罕尼以及他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個天體發(fā)生碰撞，而其引力波信號特別的“響、深沉”，或天體本身質(zhì)量上有明顯差異時，其信號所攜帶的信息也更加豐富，他們將這類事件稱為“黃金暗黑警鈴”，這類事件或許可以提供極好的數(shù)據(jù)，甚至是能夠確定引力波撞擊的數(shù)據(jù)，并允許他們精準(zhǔn)地計算哈勃常數(shù)的數(shù)值?！耙淮芜@類的事件對我們來說就足夠了，而不是之前提到的50次
