引力波可能会透露我们的宇宙的速度是多么快

艺术家描绘了中子星和黑洞合并的最后一个情况，因为中子星被黑洞的潮汐拉动被破坏（盘的中心）。图像：A.Tonita，L.Rezzolla，F. Pannarale

由于它首次爆炸到138亿年前，宇宙一直在扩大，拖延了数百十亿个星系和星星，就像一个迅速上升的面团中的葡萄干。

天文学家对某些恒星和其他宇宙来源指出了望远镜，以测量它们与地球的距离以及它们远离我们的距离 - 两个参数，这是估计霍布尔常数的两个参数，这是一个测量单位，描述了宇宙的速率正在扩展。

但到目前为止，最精确的努力已经降落在霍布尔常数的非常不同的价值上，没有确定宇宙正在增长的快速。这种信息，科学家认为，可以揭示宇宙的起源，以及它的命运，以及宇宙是否会无限期地扩展或最终崩溃。

现在，来自麻省理工学院和哈佛大学的科学家已经提出了一种更准确和独立的方式来测量霍布尔常数，使用相对稀有的系统发出的引力浪潮：黑洞 - 中子星二进制，一只螺旋黑洞的大量能量配对中子星。当这些物体朝向彼此圈出时，它们应该在最终碰撞时产生空间颤抖的引力波和闪光。

在今天发布的物理审查信中，研究人员报告说，光的闪光会给科学家估计系统的速度，或者从地球上移动有多速度。如果在地上检测到，则发出的引力波应该提供独立和精确的系统距离测量。尽管黑洞中子星二进制文件非常罕见，但研究人员计算甚至少数人应该产生最精确的值，却为霍布尔常数和扩展宇宙的速度而产生最准确的值。

“黑洞中子星二进制文件是非常复杂的系统，我们很少知道，”麻省理工学院和主要作者物理学助理教授Salvatore Vitale说。“如果我们检测到一个，奖品是他们可能会对我们对宇宙的理解提供戏剧性的贡献。”

Vitale的共同作者是哈佛大学的Hsin-Yu Chen。

竞争常数

最近进行了两个独立测量的霍布尔常数，一个使用NASA的哈勃太空望远镜和另一个使用欧洲航天局的普朗克卫星。哈勃太空望远镜的测量是基于一种被称为Cepheid变量的恒星的观察，以及超胃部的观察。这两个物体都被认为是“标准蜡烛”，用于其可预测的亮度模式，科学家可以用来估计星的距离和速度。

另一种类型的估计是基于宇宙微波背景的波动的观察 - 当宇宙仍处于初期的婴儿时，在大爆炸的立即留下的电磁辐射。虽然这两个探针的观察极为精确，但它们对哈勃恒定不同意的估计显着不同意。

“那就是利奥在比赛中进入游戏的地方，”Vitale说。

Ligo或激光干涉测量重力波天文台检测到的重力波 - 在时空的果冻中的波纹，由灾难性的天体物理现象产生。

Vitale表示，“引力波提供了一种非常直接而简单地测量它们来源的距离的方法”。“我们用Ligo检测到什么是与源的距离的直接印记，而没有任何额外的分析。”

2017年，科学家们在Ligo及其意大利对手处女座首次检测到一对碰撞中子恒星时，科学家们估计来自引力波来源的哈勃常数。碰撞释放了大量的重力波，研究人员测量，以确定系统从地球的距离。该合并还发布了一阵闪光，天文学家专注于地面和空间望远镜来确定系统的速度。

通过测量，科学家们计算了霍布尔常数的新价值。然而，估计率具有相对较大的不确定性为14％，而不是使用哈勃太空望远镜和普朗克卫星计算的值更不确定。

Vitale表示，许多不确定性源于使用该特定系统脱扣的引力波来解释与地球的距离有挑战性。

Vitale说：“我们通过观察引力波是如何衡量”响亮“的距离，这意味着它的数据中有多清晰。”“如果它非常清楚，你可以看到它有多响亮，这给了距离。但这对中子星二进制文件仅为唯一的真实。“

这是因为这些系统，它创造了一种作为两个中子恒星朝向彼此螺旋的旋转能量，以不均匀的方式发出引力波。大多数引力波从盘的中心直线射出，而更小的部分缩短了边缘。如果科学家检测到“响亮”的重力波信号，则它可以指示两种情况之一：检测到的波从非常靠近地球的系统的边缘源，或者从进一步的系统的中心散发波。

“随着中子星二进制文件，Vitale表示，很难区分这两种情况。

一个新的波浪

2014年，在Ligo首次检测引力波之前，与中子星二进制二进制文件相比，vitale和他的同事观察到viteale和他的同事们观察到由黑洞和中子星组成的二元系统可以给出更准确的距离测量。该团队正在调查一个可以准确的准确测量黑洞的旋转，因为已知物体在其轴上旋转，类似于地球，但更快。

研究人员模拟了具有黑洞的各种系统，包括黑洞中子星二进制和中子星二进制二进制文件。作为这项努力的副产品，与中子星二进制二进制杂体相比，球队注意到他们能够更准确地确定黑洞中子星二进制二进制二进制文件的距离。Vitale表示，这是由于中子星周围的黑洞旋转，这可以帮助科学家从系统中的哪个在系统中更好地确定引力波是发射的。

“由于这种更好的距离测量，我认为黑洞 - 中子星二进制文件可能是测量霍布尔常数的竞争探头，”Vitale说。“从那时起，利加戈的发现发生了很多，并将所有这些都放在后燃烧器上。”

Vitale最近圈出了他原来的观察，并在这篇新论文中，他开始回答理论问题：

“事实上，每个黑洞中子星二进制二进制文件会给我一个更好的距离，以弥补可能的事实，宇宙中的比中子星二进制文件越来越少？”Vitale说。

为了回答这个问题，团队运行模拟以预测宇宙中两种类型的二元系统的发生，以及距离测量的准确性。从他们的计算来看，它们的结论是，即使中子二进制系统超过黑洞 - 中子星系统50-1，后者也会产生与前者准确性相似的霍布尔恒定。

更乐观地，如果黑洞中子星二进制文件稍微常见，但仍然比中子星二进制二进制文件仍然罕见，前者会产生四倍的漏洞恒定。

“到目前为止，人们专注于二元中子恒星，作为用引力波测量哈勃常数的方式，”Vitale说。“我们已经示出了另一种类型的重力波来源，到目前为止还没有被利用：黑洞和中子恒星螺旋在一起，”Vitale说。“利波将于2019年1月再次开始进行数据，这将是更敏感的，这意味着我们将能够看到更远的物体。因此，Ligo应该看到至少一个黑洞中子星二进制文件，多达25个，这将有助于解决哈勃常数测量的现有张力，希望在未来几年内。“

该研究部分受到国家科学基金会和Ligo实验室的支持。

纸：用中子星黑洞并购测量哈勃常数