黑洞相撞，时空扭曲，“暗黑”引力波或将拨开宇宙膨胀迷云？近日

文章图片
近日，一科研团队提出利用一种被称为“暗黑警铃”（DarkSiren）的引力波事件来解决宇宙科学上一大危机的方法。
图解：随时间推移拍摄的一颗造父变星（类似宇宙的灯塔，可被应用于测量宇宙膨胀）。图源：美国国家航空航天局/欧洲航天局/空间望远镜研究所（NASA/ESA/STScI/AURA）
近年来，宇宙学家正面临着一种危机：尽管他们知道我们的宇宙正在膨胀，大家却不能在其膨胀速度上达成一致。这是因为目前有多种方法测量哈勃常数（HubbleConstant），一种描述宇宙膨胀的基本参数，而各种方法得到的结果却相互矛盾。不过最近一次对“暗黑警铃”的幸运的观测也许能够缓解这个紧张的局面——相对于“标准警铃” ， “暗黑警铃”是指在黑洞或中子星相撞融合时可被地球上的引力波检测装置捕捉到的信号，然而该过程却不能用普通望远镜观测。

文章图片
随着宇宙膨胀，我们周围的星系会远离我们而去，其速度取决于它们与我们之间的距离。而这种速度与距离的关系就被称作哈勃常数，它被冠以美国天文学家埃德温?哈勃的姓名，因为他于19世纪20年代首次计算了该常数的数值。而在现代，通过对我们所在区域的宇宙中一种闪烁的恒星——造父变星的观测，一些研究人员对哈勃常数进行了更高精度的准确测量。

文章图片
但是，一种利用宇宙微波背景（CMB）——大爆炸38万年后遗留的热辐射——的方法却给出了截然不同的答案，这也让一众宇宙学家抓耳挠腮、不得其解。而一位来自宾夕法尼亚州立大学的物理学家索拉布?伯罕尼在接受网站采访时说到：“引力波或许可以为我们提供测量哈勃常数的不同方法。 ”

文章图片
当大质量的物体，比如黑洞或者中子星相撞时，它们会扭曲周围的时空结构并发出引力波。自从2005年以来，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及位于欧洲的相应机构室女座干涉仪（Virgo）就在监听类似的大质量物体碰撞，碰撞发出的引力波使让它们的探测器响应，就像响铃一样。取决于碰撞发生的位置与地球之间的距离， LIGO会检测到或响或弱的信号，科学家据此便可计算事件发生地点与我们的距离。

文章图片
【黑洞相撞，时空扭曲，“暗黑”引力波或将拨开宇宙膨胀迷云？】某些情况下，这些重物之间的撞击也会发出可被天文望远镜捕捉的闪光，而这也可揭露一些信息，并被用来测量它们远离我们的速度。迄今为止，科学家只观测到一次引力波与光信号同时存在的碰撞。该事件发生于2017年，两颗中子星相互碰撞，不仅其引力波被LIGO捕捉，碰撞时的光亮也曾被不同地点的望远镜观测到。利用这次事件，物理学家也计算出了一个哈勃常数的数值， “尽管该测量的误差值却大到能够涵盖用造父变星和宇宙微波计算的两个出的两个不同的数值”伯罕尼如是说到， “先行工作显示，科学家们至少需要观测50次类似的稀有事件，才能得到一个比较精确的哈勃常数。 ”

文章图片
“暗黑警铃”就可以提供一个更快捷的路线：这种碰撞不会发出闪光，而闪光中正包含着有关速度的至关重要的信息，此类碰撞对我们来说几乎是隐形的——如果不是它们还会发出引力波的话——只有LIGO以及同类的引力波检测装置才能发现该类碰撞事件。在未来5年中， LIGO的探测器会进一步升级，这样它们就能检测到更多引力波信号的细节，同时也能够发现更多的引力波事件，包括更多的“暗黑警铃” 。
美国与欧洲的引力波探测机构最近又多了一位新的合作伙伴——来自日本的神冈引力波探测仪（KAGRA），而位于印度的探测器也会于2024年上线。如伯罕尼所说， “终有一天，该引力波探测网络将会为我们指出哪片天空的宇宙中刚刚发生了碰撞事件，其精准度将比现行的任何方法要高上400倍[1]” 。有了这些信息，天文学家就可以精确指出碰撞事件在某个星系发生的具体位置，并计算出该星系远离地球的速度，而碰撞事件发出的闪光也就显得可有可无了。