2018年10月22日,美国芝加哥大学网站报道,该校科学家根据近期“激光干涉引力波天文台”(LIGO)对引力波的探测结果,预测能够在未来5到10年内精确地测量哈勃常数,解决当前关于宇宙膨胀速率的争议。相关论文被发表在《自然》杂志上 。
在引力波被发现之前,科学家采用两种途径测量宇宙膨胀的速率(即测量哈勃常数),但两种方法测出的结果存在矛盾。为测量哈勃常数需要两个数字:一是远方天体到我们的距离;另一个是由于宇宙膨胀导致的这一天体远离我们的速度。其中,远离速度是相对容易确定的,可以通过天体的红移值,根据“多普勒效应”计算得出。
然而,获得距离的精确测量却十分困难。传统上天文物理学家可利用某些变星和超新星的亮度来计算天体距离,但是用作标记的超新星可能与预想中的并不一致:人们可能把某些中子星错认成其他类型的中子星,对附近恒星的距离测量也可能存在误差。正如新发表论文的作者、芝加哥大学物理学家Daniel Holz指出,“那里有很多复杂的天体物理学现象,它们可能以各种方式破坏读数”。而另外一种计算哈勃常数的主要方法是观察宇宙微波背景(CMB),尽管这种方法很有用,但它也依赖于一个关于宇宙如何运行的假设。虽然采用上述两种方法的科学家对每次计算结果都很自信,但两种方法得出的哈勃常数相差近10倍。
LIGO首次捕捉到引力波信号后,提供了计算哈勃常数的第三种方法。通过测量两个大质量恒星相撞时发出的引力波的强度等信息,科学家能够推算出正在碰撞的恒星的质量、能量和距离。Daniel Holz称,这种测量更清晰,需要的宇宙假设更少,也就使结果变得更精确。他与麻省理工学院(MIT)的Scott Hughes在2015年一同提出了用引力波开展这类测量与望远镜读数配对的建议。在此次新发表的论文中,Daniel Holz等预测一旦探测到中子星碰撞的25组数据,就可以以3%的精度测算宇宙扩张速率;而如果掌握了200组数据,那么这一精度将提高到1%。
LIGO计划于2019年2月与意大利“室女座”(VIRGO)引力波天文台一起开始新的观测。相信经过升级后,这些引力波探测器将捕捉到更多、更远的引力波事件。