引力波或將解決哈勃常數難題 甚至揭示宇宙命運

兩顆中子星合併時產生引力波的示意圖

　　新浪科技訊 北京時間3月1日消息，據國外媒體報道，一項新研究稱，通過分析死亡恆星在空間和時間結構中產生的漣漪——即引力波——科學家或許能很快解開宇宙膨脹速度的謎題，如果足夠幸運的話。研究人員表示，這項新研究還可能揭示宇宙的最終命運。

　　宇宙自從138億年前誕生以來一直在膨脹。為了測量目前宇宙的膨脹速度，科學家需要確定哈勃常數，從而推算出宇宙的年齡以及目前宇宙狀態的細節。他們甚至還可以用哈勃常數來嘗試了解宇宙的未來命運，例如是否會永遠膨脹，還是會崩潰或四分五裂。

　　科學家主要使用兩種方法來測量哈勃常數，其一是監測鄰近的天體，估計它們的距離，從而推算出宇宙的膨脹速率。科學家對這些天體的性質已經有了很多了解，比如超新星爆發和造父變星等脈動變星。另一種方法是關注宇宙微波背景輻射，這是大爆炸事件殘留的輻射。通過分析宇宙微波背景輻射隨時間的變化，就可以計算出宇宙膨脹的速率。

　　然而，這兩種方法就哈勃常數的值產生了兩種不同的結果，從而得出不同的宇宙膨脹速率。宇宙微波背景輻射的數據顯示，宇宙目前正在以大約每秒每326萬光年67公里的速率膨脹，而超新星爆發和造父變星的數據顯示，宇宙膨脹的速率是每秒每326萬光年73公里。

　　這一差別表明，標準宇宙模型——科學家對宇宙結構及歷史的理解——可能是錯的。如果能解決這一被稱為「哈勃常數衝突」的爭論，或許將為揭示宇宙演化及其最終命運帶來新的線索。

　　在新研究中，物理學家指出，從未來引力波研究中獲得的數據可能會有助於解開這一難題。研究第一作者、紐約「熨斗」研究所（Flatiron Institute，一家從事分析程序和演算法研究的非營利性研究機構）的天體物理學家斯蒂芬·菲尼（Stephen Feeney）說：「哈勃常數衝突是我們現有宇宙模型不完整的最明顯暗示，但在5到10年內，這一難題有望解決。」

　　根據愛因斯坦的廣義相對論，引力是質量扭曲時空的結果。當任何具有質量的物體移動時，它都會產生能以光速傳播，並一路拉伸和擠壓時空的引力波。

　　引力波非常微弱，科學家直到2016年才首次探測到引力波的證據。2017年，科學家又探測到了中子星碰撞所產生的引力波。中子星來自超新星爆發中死亡的恆星殘骸。如果恆星殘骸的質量不足以坍縮成黑洞，那它們最終就會成為中子星。中子星的名稱來源於它們的引力足夠強大，可以將質子和電子擠壓在一起，形成中子。

　　與黑洞不同，中子星會發出可見光，它們的碰撞也是如此。這些碰撞所產生的引力波被稱為「標準警報」（standard sirens），可以幫助科學家確定它們與地球的距離；而碰撞所發出的光有助於確定它們相對於地球的移動速度。利用這兩組數據，研究人員就能計算出哈勃常數。根據菲尼及其同事的估計，分析未來5到10年內大約50對中子星的碰撞，或許就能獲得確定哈勃常數精確測量值的足夠數據。

　　然而，這一估計還需要取決於中子星碰撞發生的頻率。「中子星合併的發生率存在相當大的不確定性，畢竟我們至今只觀測到一次，」菲尼說，「如果我們非常幸運才能見到一次，而且合併事件又比我們認為的罕見得多，那麼觀測到足夠解釋哈勃常數衝突的中子星合併事件就需要比我們在文中所說的更長的時間。」

　　菲尼表示，引力波最終可能會支持哈勃常數的某個值，而不是另一個值，但也有可能帶來哈勃常數的第三個值。如果這種情況發生，那就有可能帶來關於超新星、造父變星或中子星行為的新認識。這項研究的詳細內容發表在2月14日的《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。（任天）

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