“黑暗警報器”可能幫助了解宇宙膨脹速度,計算高精度的哈勃常數

    來源: 贏家娛樂

      近年來,宇宙學家一直麵臨著危機:宇宙正在膨脹,但沒有人能就它離開我們的速度達成一致。

      那是因為用不同的方式測量哈勃常數(一種描述此擴展的基本參數)產生了矛盾的結果。

      但是,對所謂的“黑暗警報器”(一個黑洞或中子星,可以通過地球上的重力波探測器探測到其撞擊但對普通望遠鏡仍看不見)進行一次幸運的觀察,可能有助於解決這種緊張局勢。

      隨著宇宙的膨脹,宇宙中的星係以與我們的距離相距甚遠的速度離開地球。速度和距離之間的關係被稱為哈勃常數,根據美國天文學家愛德溫·哈勃(Edwin Hubble)的說法,他於1920年代首次計算了它的值。

      通過觀察當地宇宙中被稱為造父變星的閃爍恒星,一些研究人員對哈勃常數進行了現代的、高度精確的測量。但是另一種方法依賴於大爆炸後38萬年的光遺跡,被稱為宇宙微波背景(CMB),得出了完全不同的答案,讓宇宙學家對發生的事情摸不著頭腦。

    “黑暗警報器”可能幫助了解宇宙膨脹速度.png

      賓夕法尼亞州立大學的物理學家索哈拉伯·博哈尼安(Ssohrab Borhanian)對Live Science說:“引力波可以為您提供一個不同的哈勃常數處理方法。”

      當諸如黑洞或中子星之類的大質量物體粉碎在一起時,它們會使時空結構扭曲,發出引力波。自2015年以來,美國激光幹涉儀重力波天文台(LIGO)和其歐洲同行處女座一直在監聽如此巨大的撞擊,這些撞擊在它們的探測器中像小鈴鐺一樣響起。

      根據距地球的距離,這些事件對LIGO聽起來會更大或更安靜,從而使科學家能夠計算出它們發生了多遠。在某些情況下,這些重物的撞擊還會導致天文學家可能捕捉到它們的望遠鏡中的閃光,從而編碼有關他們離開我們的速度有多快的信息。

      到目前為止,研究人員僅在引力波和光信號中觀測到這樣的事件,這是一對中子星,這是天文學家在2017年在LIGO探測器和其他望遠鏡中觀測到的。伯哈尼安說:“盡管如此,物理學家們已經計算出了哈勃常數的值,盡管測量中的誤差棒足夠大,足以與閃爍的恒星和CMB的結果相重疊。”

      他補充說:“先前的工作表明,宇宙學家需要看到大約50個類似的事件,這是相當罕見的,以便獲得更精確的哈勃常數計算。”

    哈勃常數.png

      黑暗警報器提供了一條可能更快的路線。此類碰撞與閃光燈無關,後者包含有關速度的所有重要信息。這些事件是通過引力波看不見的,是LIGO和其他引力波設施中最常見的信號。

      在接下來的五年中,LIGO的探測器有望獲得升級,這將使它們能夠解開引力波信號的更多細節,並拾取更多的事件,包括更多的黑暗警報器。日本的Kamioka引力波探測器(KAGRA)最近也加入了美國和歐洲的設施,印度的探測器將在2024年左右投入使用。

      Borhanian說:“有一天,該網絡應該能夠查明天空中暗警器墜毀的發生率是目前科學家的400倍。利用這些信息,天文學家可以在發生粉碎的確切位置識別出一個星係,然後確定該星係從地球上飛出的速度有多快。無需尋找相關的閃光燈。”

      Borhanian和他的團隊已經證明,質量特別大,重或不等的物體之間的碰撞(它們稱為金色黑色警報器)將具有特別豐富的信息,生成的數據可能會很好地抑製引力波碰撞計算高精度的哈勃常數。

      他說:“我們可以用一個事件而不是50個來做到這一點。”這也許足以使宇宙學界朝著一種測量或另一種測量動搖。Borhanian將在4月18日舉行的美國物理學會4月會議上介紹他的小組的發現。

      引力波天文學家,LIGO小組的瑪雅·菲什巴赫(Maya Fishbach)說:“因為暗警笛聲僅憑單純的物理學就可以提供如此出色的距離測量。”所以它們“極其獨特,極其幹淨和有吸引力”與工作無關。

      她說:“該小組的結果表明,LIGO及其全球同行應該在不久的將來開始看到更多定位良好的事件。”Fishbach告訴Live Science,但其他測量可能有可能解決黑暗警報器之前的哈勃常數危機。

      盡管如此,Fishbach仍對引力波宇宙學領域有潛力在將來回答其他基本問題感到興奮,例如暗能量的性質和細節,即推動宇宙加速膨脹的神秘物質。

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