黑洞-中子星碰撞最终可以解决宇宙膨胀率的不同测量

如果您一直关注过去几年中天文学的发展，您可能已经听说过所谓的“宇宙学危机”，天文学家想知道我们目前对宇宙的理解是否有问题。这场危机围绕着宇宙膨胀的速度展开：当前宇宙中膨胀率的测量值与早期宇宙中膨胀率的测量值并不吻合。由于没有迹象表明为什么这些测量结果可能会产生分歧，因此天文学家无所适从来解释这种差异。 解决这一难题的第一步是尝试测量膨胀率的新方法。在上周发表的一篇论文中，伦敦大学学院（UCL）的研究人员建议，我们可以通过观察黑洞-中子星碰撞来创建一种新的，独立的，对宇宙膨胀率的度量。

让我们备份一分钟，讨论当前情况。当我们观察到宇宙时，距离更远的星系似乎比靠近的星系更快地远离我们，因为空间本身正在扩展。这由称为哈勃常数的数字表示，通常表示为距离1兆秒（Mpc）的星系的速度（以公里/秒为单位）。

测量哈勃常数的最好方法之一就是观察被称为造父变星的物体。造父变星是有规律地变暗的恒星，它们的亮度恰好与它们的周期（变暗和变亮所需的时间）一致。这些物体的规律性使得估计它们的距离成为可能，并且对许多造父变星的测量得出的哈勃常数约为73km / s / Mpc。1A型超新星是另一个已知亮度的普通物体，它们的哈勃常数也保持在73km / s / Mpc左右。

另一方面，您可以通过观察宇宙大爆炸的余辉，即宇宙微波背景辐射（CMB），来衡量宇宙在最早阶段的膨胀。我们对CMB的最佳测量是由欧洲航天局的普朗克航天器进行的，该航天器于2018年发布了最终数据。普朗克观测到的哈勃常数为67.66km / s / Mpc。

哈勃常数的估计值。黑色代表造父变星/ 1A型超新星的测量结果（73 km / s / Mpc）。红色表示宇宙CMB的早期测量值（67 km / s /
Mpc）。蓝色表示其他技术，其不确定性还不够小，无法在两者之间做出决定。

67和73之间的差异并不大，起初，最有可能解释该差异的原因似乎是仪器误差。但是，通过随后的观察，这些测量的误差线已经缩小到足以使差异在统计上显着的程度。确实是危机！

这是UCL研究人员希望介入的地方。他们提出了一种测量哈勃常数的新方法，该方法不以任何方式依赖于其他两种方法。首先是对引力波的测量：时空的起伏是由黑洞之类的大质量物体碰撞引起的。最早的重力波是在2015年才发现的，尚未与任何可见的碰撞相关联。

正如首席研究员斯蒂芬·费尼（Stephen Feeney）解释的那样，我们尚未发现这些碰撞产生的光。但是，检测重力波的设备的灵敏度的提高以及印度和日本的新型检测器将导致我们可以检测到多少种此类事件，这将带来巨大的飞跃。引力波使我们能够精确定位这些碰撞的位置，但是如果要测量碰撞的速度，我们也需要测量碰撞产生的光。黑洞-中子星碰撞可能只是产生两者的事件类型。

如果我们看到足够多的碰撞，则可以使用它们为哈勃常数产生新的度量。

路易斯安那州的LIGO引力波探测器。

UCL团队使用模拟来估计未来十年可能发生多少次黑洞-中子星碰撞。他们发现，到2030年之前，地球的重力波探测器可能会拾取3000个，其中大约100个也可能会产生可见光。

这样就足够了。因此，到2030年，我们可能会对哈勃常数进行全新的测量。我们尚不知道新的测量结果是否将与CMB测量结果一致，还是与造父变星/ 1A型测量结果一致，还是与这两者不一致。但是无论结果如何，它将成为揭开谜题的重要一步。它可能使宇宙学的危机得到缓解，也可能变得更加严重，迫使我们更加仔细地研究我们的宇宙模型，并承认我们对宇宙的了解比我们想象的要多。