这个灾难性的天文事件中竟隐藏宇宙膨胀的秘密！

1929年，美国天文学家哈勃发表了著名的宇宙膨胀理论：整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份，而不是由于任何斥力的作用。但宇宙膨胀的速率（称为哈勃常数）应该如何计算呢？学界目前并没有一种公认的计算方法。

由伦敦大学学院研究人员领导的一项新的模拟研究表明，研究黑洞和中子星的剧烈碰撞可能很快就可以提供一种新的宇宙膨胀率的测量值，有助于解决长期存在的争议。

目前，估算宇宙膨胀率有两种最佳方法：测量脉动和爆炸恒星的亮度和速度，以及观察早期宇宙的辐射波动。但这两种方法分别给出了截然不同的答案，这表明我们关于宇宙的理论可能是错误的。

第三种测量方法是观察由黑洞-中子星碰撞引起的空间结构中的光和波纹的爆炸，这应有助于解决这一分歧并搞清楚我们的宇宙理论是否需要重写。

这项发表在《物理评论快报》上的新研究模拟了25000个黑洞和中子星碰撞的情景，旨在观察在2020年代中期至后期，地球上的仪器可能会探测到多少个黑洞和中子星碰撞。

研究人员发现，到2030年，地球上的仪器可以感知到由多达3000次此类碰撞引起的时空波动，而且在其中约100次事件中，望远镜还将看到碰撞伴随的光爆炸。

他们得出结论，这些数据将足以提供一种新的，完全独立的，对宇宙膨胀率的测量方法，其精确度和可靠性足以确认或否认对新物理学的需求。

来自NASA动画的黑洞吞噬中子星的静止图像。图源Dana Berry/NASA

主要作者，伦敦大学学院物理与天文博士斯蒂芬·费尼博士说：“中子星是一颗死星，它是由一个非常大的恒星爆炸然后坍塌而产生的，它的密度令人难以置信，但质量却高达太阳的两倍。它与黑洞的碰撞是一个灾难性事件，引起了时空的涟漪，称为引力波，现在我们可以使用LIGO和处女座等天文台在地球上探测到。这将为天体物理学开辟一个新纪元！”

为了计算宇宙的膨胀率，天体物理学家需要了解天文物体与地球之间的距离以及它们移动的速度。分析引力波可以告诉我们碰撞距离有多远，需要确定只剩速度。

为了说明发生碰撞的星系移动的速度有多快，我们看一看光的“红移”，即光源产生的光的波长如何被其运动拉伸。这些碰撞可能伴随着光的爆炸，这将有助于我们查明碰撞发生的星系，从而使研究人员能够将距离的测量结果与该星系中的红移测量结果结合起来。

合著者Hiranya Peiris教授（UCL物理与天文学和斯德哥尔摩大学）说：“关于哈勃常数的分歧是宇宙学中最大的谜团之一。除了帮助我们解决这个难题之外，这些灾难性事件的时空涟漪也随之开启一个关于宇宙的新窗口。我们可以预见在未来十年中将会有许多激动人心的发现。”

参考资料：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/ucl-bhs042821.php