宇宙自誕生以來(lái)一直在膨脹。但每個(gè)天體物理學(xué)家心里都有一個(gè)問(wèn)題：宇宙膨脹的速度有多快？科學(xué)家們已經(jīng)提出了很多可能的方法來(lái)得到答案，這些方法已經(jīng)對(duì)膨脹速率進(jìn)行了良好估計(jì)，但它們并沒(méi)有盡可能地精確。一個(gè)被稱為“哈勃常數(shù)”的數(shù)字有很大的不確定性，但正如麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的兩位物理學(xué)家在《物理評(píng)論快報(bào)》的一篇新文章中所寫到的那樣，他們已經(jīng)找到了一種縮小誤差范圍的方法。
圖解 : 宇宙的最終命運(yùn)和宇宙的年齡，可以取決于測(cè)量現(xiàn)今的哈勃常數(shù)和推斷減速參數(shù)的觀測(cè)值，此參數(shù)特具密度參數(shù)值（Ω）的特征。所謂的“封閉宇宙”（Ω＞1）即將在一次“大緊縮”（Big Crunch）后結(jié)束，比哈勃年齡年輕?！伴_(kāi)放宇宙”（Ω≦1）永遠(yuǎn)都在擴(kuò)張且具有較接近哈勃年齡的年齡。我們所居住的宇宙為“加速宇宙”（accelerating universe），其年齡正巧非常接近哈勃年齡。
圖解：哈勃常數(shù)的三個(gè)步驟。
在發(fā)表的一篇論文中，兩位物理學(xué)家打算利用罕見(jiàn)的成對(duì)的黑洞和中子星對(duì)來(lái)確定更精確的哈勃常數(shù)。當(dāng)這些雙星系統(tǒng)的距離越來(lái)越近時(shí)，它們會(huì)以引力波的形式釋放出質(zhì)量，而當(dāng)它們最終合為一體時(shí)，一道閃光會(huì)從其中迸射而出。
圖解：藝術(shù)家想像的從三合星系統(tǒng)行星HD 188753 Ab（左上角）的衛(wèi)星（假設(shè)）看見(jiàn)的景象。最明亮的伴星就正在地平線下。
麻省理工學(xué)院的助理教授——薩爾瓦多·維塔萊博士和哈佛大學(xué)“黑洞計(jì)劃”的博士后研究員——陳新宇博士認(rèn)為，這些閃光和引力波可以為人類提供一個(gè)更精確的參考點(diǎn)來(lái)測(cè)量宇宙膨脹的速度。
圖解：中子星-黑洞的模擬合并，用時(shí)43毫秒(43千分之一秒)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)釋放出一道閃光，科學(xué)家們說(shuō)，這能幫助他們更好地了解宇宙膨脹的速度。
很多個(gè)不同的團(tuán)隊(duì)正在研究確定哈勃常數(shù)的方法，但是他們都基于大致相同的想法：通過(guò)凝視遙遠(yuǎn)的天體，天體物理學(xué)家可以感受到它們離我們有多快，因此得知宇宙的膨脹速度有多快。在這種新方法中，研究人員建議觀察黑洞和中子星相互環(huán)繞彼此的軌道并最終合并的罕見(jiàn)現(xiàn)象。
在這篇論文中，他們提出可以使用地面和太空望遠(yuǎn)鏡來(lái)計(jì)算這個(gè)系統(tǒng)的移動(dòng)速度。然后，利用激光干涉儀引力波觀測(cè)臺(tái)(LIGO)來(lái)探測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的引力波，來(lái)測(cè)量系統(tǒng)與地球的距離。有了這兩個(gè)數(shù)字，他們應(yīng)該能夠算出哈勃常數(shù)的精確測(cè)量值。
圖解：宇宙的歷史。根據(jù)推測(cè)，大爆炸剛發(fā)生后的超光速暴漲過(guò)程產(chǎn)生了引力波。
維塔萊說(shuō)：“到目前為止，人們已經(jīng)把注意力集中在雙中子星上，這是用引力波測(cè)量哈勃常數(shù)的一種方法。但我們已經(jīng)證明，還有另一種類型的引力波源尚未被充分利用，那就是黑洞和中子星一起螺旋運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)的引力波?！?/p>
圖解：LIGO和LISA主要探測(cè)的波源頻域分布。橫軸為頻率，縱軸為引力波振幅。
這種方法最大的問(wèn)題是，這些系統(tǒng)遠(yuǎn)不如黑洞常見(jiàn)。盡管如此，維塔萊和陳新宇博士希望這些系統(tǒng)通過(guò)研究增加的精確度可以彌補(bǔ)它們的稀缺性帶來(lái)的問(wèn)題。
維塔萊好奇道：“是否每一個(gè)黑洞-中子星的雙星系統(tǒng)都會(huì)讓我們更進(jìn)一步，去彌補(bǔ)宇宙中黑洞-中子星組成的雙星系統(tǒng)的數(shù)量遠(yuǎn)少于中子星兩兩組成的雙星系統(tǒng)這一潛在的事實(shí)？”
LIGO在2019年1月再次開(kāi)始收集數(shù)據(jù)，也許在未來(lái)我們就能知道維塔萊和陳新宇這些研究人員們是否走上了正確的道路。
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