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(2023-07-09 10:02:09)
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杂谈it |
引力波可以帮助我们找出宇宙正在多快加速膨胀
2023/7/9
一种测量宇宙膨胀率的新方法可以帮助解决一个长期存在的宇宙危机。
艺术家的两个大质量宇宙天体之间合并造成的引力波的描绘。
一项新的研究报告说，当遥远的黑洞碰撞和合并时引力波被发射造成空时的织造像钟响一样，可以被用来帮助测量宇宙正在膨胀的速度。 自1990年代末以来，天文学家已经知道宇宙不仅正在膨胀，而且它正在加速膨胀。这种所谓的晚期加速的原因已经仍然神秘的，为它自己赢得 “暗能量”占位符名称。
研究人员被来测量宇宙膨胀给出不同的速率值的两种主要方法困惑，这被称为哈勃常数。这种差异已经仍然的，甚至随这两种方法多年来已经变得更精确。
这两种技术是“晚期”方法，它考虑星系的速度和它们的与我们的距离，而“早期”方法研究刚大爆炸之后叫宇宙微波背景的“化石光”。
目前，晚期测量给出的膨胀速率约为每兆秒差距每秒73±1公里，而早期测量给出的膨胀率为每兆秒差距67.5±0.5公里/秒。
这已经导致科学家们来寻找一种测量哈勃常数的佐证方法。这就是新研究进来的地方。
图示显示来自一个黑洞合并的引力波随它们旅行到地球被星系透镜.
引力透镜和引力波
这项新研究提出用被阿尔伯特·爱因斯坦预测的一种现象并通常与叫引力透镜的光的相关来测量哈勃常数。
引力透镜是一种源自爱因斯坦广义相对论的效应。这位伟大的物理学家1915年的引力理论预测质量对空间和时间有一个扭曲效应，统一为一个叫空时的四维实体。
这种翘曲意味着当来自一个背景光源的光通过一个像星系这样的大质量天体时，它的路径会被这个“引力透镜”弯曲。这种效果能造成背景源的放大，并且它被用于美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）等天文台看早期星系。
引力透镜通常被相关到光。但是引力波------由加速的巨大质量的天体创造的空时中的涟漪，例如两个黑洞朝向彼此螺旋------应该被类似的影响。这意味着来自这些剧烈合并事件的引力波也应该像光一样显示引力透镜。
光能采取不同的路径通过一个透镜物体，因为它被偏转的量取决于它到引力透镜多近。这意味着光以不同的时间到达地球，这种时间延迟能造成同一物体出现在一个单个图像中的多个位置。由于引力波也能通过一个引力透镜采取变化的路径，它们也应该显示一个类似的到达时间延迟，这意味着引力波探测器理论上可以在不同时间探测来自同一事件的引力波。
研究小组成员说，这能被用作哈勃常数的一个量度。这是因为宇宙膨胀的速度会影响引力波源（例如黑洞合并）与被翘曲空时和起一个引力透镜作用的星系之间的距离以及到地球的距离。
该团队说引力波透镜的量应该取决于宇宙的膨胀率，因此哈勃常数。他们提出与在一个更小的哈勃常数中会看到的相比，更大的哈勃常数将造成透镜黑洞合并的一个更高比例并且时间延迟值也更小。
你为一个引力波等了很久，然后两个同时出现......
用引力波而不是光测量宇宙膨胀率的优点是，这些涟漪当它们穿过大量气体和尘埃云时不受影响，而光能被吸收或改变它的频率。这意味着这项技术可以允许天文学家比甚至强透镜光允许的来“看”更远回到宇宙历史。
科学家们尚未检测到来自合并黑洞在引力波上一个强烈引力透镜效应，该团队提出的技术将取决于数千种引力波事件的目录，这些事件目前尚不可利用。第一次引力波被在2015年首次发现，因此这仍然是一个新的科学领域。然而，重大发展就在脚下。
随着激光干涉仪引力波天文台（LIGO）、Virgo和神冈引力波探测器（KAGRA）的最近重大升级，地面引力波探测器的灵敏度一直在提高。此外，第一个天基引力波探测器欧洲的激光干涉仪空间天线（LISA），将于2037年发射。
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有了这些改进的仪器，科学家们可以开始建立一个允许观察引力波中的引力透镜的数据库。在这些数据中，研究小组希望发现来自相同黑洞合并事件的一小部分重复信号，就像由于引力透镜作用，相同的远光源在詹姆斯韦伯太空望远镜图像中多次出现一样。
该研究的共同作者加州大学圣巴巴拉分校的理论天体物理学家特佳思维维奴玛德哈弗聂乐拉说， “未来探测器的一个主要科学目标是提供一个引力波事件的全面目录，这将是对非凡数据集的全新使用”。
该研究于6月30日发表在《Physical
Review Letters.》杂志上。
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