科学家提出用黑洞碰撞数据来测量宇宙膨胀速度

2022年08月16日 11:17 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

宇宙是如何进化的?芝加哥大学的天文学家提出了“spectral siren”的方式,来探索这个问题的答案。黑洞就像是宇宙中的“回收站”,而科学家希望通过某种技巧收集这些消失的宇宙信息,从而揭示宇宙历史的奥秘。

在最新的一项研究中,两名芝加哥大学的天文学家,提出了一种使用多组黑洞碰撞时观测到的数据,来测量宇宙扩张的速度。理论上这有助于帮助天文学家理解宇宙是如何进化的、宇宙是由哪些东西组成的,以及宇宙未来的发展趋势。

尤其要指出的是,这两位天文学家认为这项名为“Spectral siren”的新技术,或许能够揭示宇宙中难以捉摸的“青少年”时代的细节。

宇宙膨胀的速度一直是重大的科学辩论主题,它在学术界也称之为“哈勃常熟”(Hubble Constant)。但目前宇宙膨胀率的测量方式有很多种,但得出的结果略有不同。

为了帮助解决这一冲突,科学家们渴望找到衡量这一比率的替代方法。验证这个数字的准确性尤其重要,因为它会影响我们对宇宙年龄、历史和构成等基本问题的理解。

这项新的研究提供了一种更新奇的方式,使用特殊的探测器来捕捉黑洞碰撞的宇宙回声。

有时候两个黑洞会互相撞击,从而在时空中产生了一道穿越宇宙的涟漪。在地球上,美国激光干涉引力波天文台 (LIGO) 和意大利 Virgo 天文台可以拾取这些涟漪,这些涟漪被称为引力波(gravitational waves)。

在过去几年时间里,LIGO 和 Virgo 已经观测到了将近 100 起黑洞撞击事件。

每次碰撞产生的引力波信号都包含有关黑洞质量的信息。然而,信号一直在穿越太空,在此期间宇宙已经膨胀,这改变了信号的特性。该论文的两位作者之一,芝加哥大学天体物理学家丹尼尔·霍尔兹(Daniel Holz)解释说:“例如,如果你把一个黑洞放在宇宙的早期,它的信号会发生变化,它看起来像一个比实际更大的黑洞”。

而这种方式可能提供了一个独特的窗口,用于观察其他测量手段无法观察到的宇宙“青少年”时期。

如果科学家们能够找到一种方法来测量该信号如何变化,他们就可以计算出宇宙的膨胀率。问题是校准:他们怎么知道它与原来的变化有多大?

在他们的新论文中,Holz 和第一作者 Jose María Ezquiaga 建议他们可以使用我们关于整个黑洞种群的新知识作为校准工具。例如,目前的证据表明,大多数检测到的黑洞的质量是太阳质量的 5 到 40 倍。

美国宇航局爱因斯坦博士后研究员和卡夫利宇宙物理研究所研究员 Ezquiaga 说:“所以我们测量附近黑洞的质量并了解它们的特征,然后我们再往远处看,看看那些更远的黑洞似乎发生了多大的变化,这可以让你测量宇宙的膨胀”。

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