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芝加哥大學(xué)天文學(xué)家提出用黑洞碰撞數(shù)據(jù)來測量宇宙擴張的速度
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：宇宙是如何進(jìn)化的？芝加哥大學(xué)的天文學(xué)家提出了“spectral siren”的方式，來探索這個問題的學(xué)天答案。黑洞就像是文學(xué)宇宙中的“回收站”，而科學(xué)家希望通過某種技巧收集這些消失的家提宇宙信息，從而揭示宇宙歷史的出用測量奧秘。
在最新的黑洞一項研究中，兩名芝加哥大學(xué)的碰撞天文學(xué)家，提出了一種使用多組黑洞碰撞時觀測到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，來測量宇宙擴張的宇宙速度。理論上這有助于幫助天文學(xué)家理解宇宙是擴張如何進(jìn)化的、宇宙是速度由哪些東西組成的，以及宇宙未來的芝加發(fā)展趨勢。
尤其要指出的學(xué)天是，這兩位天文學(xué)家認(rèn)為這項名為“Spectral siren”的文學(xué)新技術(shù)，或許能夠揭示宇宙中難以捉摸的家提“青少年”時代的細(xì)節(jié)。
宇宙膨脹的速度一直是重大的科學(xué)辯論主題，它在學(xué)術(shù)界也稱之為“哈勃常數(shù)”（Hubble Constant）。但目前宇宙膨脹率的測量方式有很多種，但得出的結(jié)果略有不同。
為了幫助解決這一沖突，科學(xué)家們渴望找到衡量這一比率的替代方法。驗證這個數(shù)字的準(zhǔn)確性尤其重要，因為它會影響我們對宇宙年齡、歷史和構(gòu)成等基本問題的理解。
這項新的研究提供了一種更新奇的方式，使用特殊的探測器來捕捉黑洞碰撞的宇宙回聲。
有時候兩個黑洞會互相撞擊，從而在時空中產(chǎn)生了一道穿越宇宙的漣漪。在地球上，美國激光干涉引力波天文臺 (LIGO) 和意大利 Virgo 天文臺可以拾取這些漣漪，這些漣漪被稱為引力波（gravitational waves）。
在過去幾年時間里，LIGO 和 Virgo 已經(jīng)觀測到了將近 100 起黑洞撞擊事件。
每次碰撞產(chǎn)生的引力波信號都包含有關(guān)黑洞質(zhì)量的信息。然而，信號一直在穿越太空，在此期間宇宙已經(jīng)膨脹，這改變了信號的特性。該論文的兩位作者之一，芝加哥大學(xué)天體物理學(xué)家丹尼爾·霍爾茲（Daniel Holz）解釋說：“例如，如果你把一個黑洞放在宇宙的早期，它的信號會發(fā)生變化，它看起來像一個比實際更大的黑洞”。
而這種方式可能提供了一個獨特的窗口，用于觀察其他測量手段無法觀察到的宇宙“青少年”時期。
如果科學(xué)家們能夠找到一種方法來測量該信號如何變化，他們就可以計算出宇宙的膨脹率。問題是校準(zhǔn)：他們怎么知道它與原來的變化有多大？
在他們的新論文中，Holz 和第一作者 Jose María Ezquiaga 建議他們可以使用我們關(guān)于整個黑洞種群的新知識作為校準(zhǔn)工具。例如，目前的證據(jù)表明，大多數(shù)檢測到的黑洞的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的 5 到 40 倍。
美國宇航局愛因斯坦博士后研究員和卡夫利宇宙物理研究所研究員 Ezquiaga 說：“所以我們測量附近黑洞的質(zhì)量并了解它們的特征，然后我們再往遠(yuǎn)處看，看看那些更遠(yuǎn)的黑洞似乎發(fā)生了多大的變化，這可以讓你測量宇宙的膨脹”。
相關(guān)報道：研究黑洞如何相撞將能幫助解決一個天文學(xué)爭議
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：CNET報道，2019年，在加利福尼亞州卡弗里理論物理研究所（KITP）舉行的一次會議以一個充滿矛盾的聲明結(jié)束：“我們不會稱其為緊張或問題，而是稱其為危機。”KITP的前主任、粒子物理學(xué)家David Gross談到了我們的宇宙膨脹的速度。但 Gross并不擔(dān)心膨脹本身。幾十年來，科學(xué)家們已經(jīng)知道宇宙正在以指數(shù)方式膨脹，因為我們星球周圍的天體不斷地遠(yuǎn)離我們和彼此。
為了確定這種宇宙轉(zhuǎn)變到底有多快，科學(xué)家們必須計算出一個重要的數(shù)值，即哈勃常數(shù)--然而，即使在今天，也沒有人能夠就這個答案達(dá)成一致。
因此，天文學(xué)界彌漫著一種"危機"，但這是一種搖籃式創(chuàng)新的困境。自從那次緊張的會議以來，各地的專家們已經(jīng)鮮明地調(diào)整了他們看待哈勃常數(shù)方程的方式，以試圖恢復(fù)觀星者之間的和平。
周一，一個這樣的團隊提出了一個非同尋常的想法來解決爭端，正如8月3日發(fā)表在《物理評論快報》上的一篇論文中所概述的那樣。
基本上，來自芝加哥大學(xué)的天文學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)潛伏在深空的黑洞相互撞擊時（它們有時會這樣做），引力“巨獸”會在空間和時間結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生回響，可能會留下對解碼哈勃常數(shù)至關(guān)重要的信息痕跡。
最終，如果科學(xué)家們能夠弄清真正的哈勃常數(shù)，他們也可以得出關(guān)于我們宇宙的一些真正的大問題的答案，比如。它是如何演變到我們今天看到的令人驚嘆的領(lǐng)域的？它在物理上是由什么構(gòu)成的？在數(shù)十億年后，在人類不復(fù)存在，因此無法關(guān)注它的時候，它可能是什么樣子？
每隔一段時間，兩個巨大的黑洞就會發(fā)生碰撞。這意味著兩個宇宙中最難以理解的巨大天體結(jié)合成一個更加難以理解的巨大天體。
當(dāng)這種情況發(fā)生時，合并會在空間和時間結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生漣漪--正如愛因斯坦的廣義相對論所提出的那樣--就像在池塘中扔下一塊石頭會在水中產(chǎn)生漣漪一樣。
就在Gross和其他物理學(xué)家對哈勃常數(shù)難題進(jìn)行緊張辯論的四年前，兩個強大的觀測站成功地從地球上捕捉到了這些黑洞引起的漣漪。它們被稱為美國的激光干涉儀引力波觀測站（LIGO）和意大利處女座干涉儀(Virgo)。
在過去的幾年里，LIGO和Virgo都檢測到了來自近100對黑洞碰撞的漣漪，根據(jù)芝加哥大學(xué)的天體物理學(xué)家和新研究的共同作者Daniel Holz，這些讀數(shù)可能幫助天文學(xué)家們計算出宇宙膨脹的速度。他們可能會對哈勃常數(shù)有所了解。
Holz在一份新聞稿中說：“如果你把一個黑洞放在宇宙的早期，信號會發(fā)生變化，它看起來會是一個比實際情況更大的黑洞。”
這意味著，如果黑洞碰撞發(fā)生在太空中的遠(yuǎn)處，而且信號已經(jīng)傳播了很長時間，從事件中發(fā)出的引力漣漪將受到事件發(fā)生后宇宙膨脹的影響。如果你再想想池塘的漣漪，比如說，在池塘里扔下一塊石頭，通常會在接觸點上產(chǎn)生更緊密的漣漪。但是如果你繼續(xù)觀察這些漣漪向外延伸，它們會變得更寬更鈍。
因此，如果科學(xué)家們能夠以某種方式測量黑洞碰撞漣漪的變化，也許可以了解其中一些變化發(fā)生的速度。這將有助于他們了解宇宙的膨脹可能已經(jīng)影響到它們的速度，最后，了解宇宙合法膨脹的速度。
美國宇航局愛因斯坦博士后研究員、卡夫里宇宙學(xué)物理研究所研究員和這項新研究的合著者 Jose María Ezquiaga在新聞稿中說：“所以我們測量附近黑洞的質(zhì)量，了解它們的特征，然后我們看更遠(yuǎn)的地方，看看那些更遠(yuǎn)的黑洞似乎發(fā)生了多少變化。這給了你一個衡量宇宙膨脹的標(biāo)準(zhǔn)。”
但有一點需要注意的是 -- 這種被研究人員稱為"標(biāo)準(zhǔn)警報器"的技術(shù)，現(xiàn)在還不能完全實現(xiàn)。事實上，LIGO和Virgo將不得不真正尋找證據(jù)，開始工作，我們甚至可以想象它在未來成為普遍現(xiàn)象。
"我們最好需要數(shù)以千計的這些信號，在幾年內(nèi)我們應(yīng)該擁有這些信號，甚至在未來十年或二十年內(nèi)擁有更多，"Holz說。"到那時，這將是一個令人難以置信的了解宇宙的強大方法。"
盡管"標(biāo)準(zhǔn)警報器"方法的一個相當(dāng)有希望的方面是，它依賴于愛因斯坦的廣義相對論--經(jīng)過考驗的規(guī)則，被許多人認(rèn)為是牢不可破的，因此難以置信地值得信賴。
研究人員說，相比之下，其他大多數(shù)處理哈勃常數(shù)危機的科學(xué)家都依賴于恒星和星系，這涉及到很多復(fù)雜的天體物理學(xué)，并引入了一個誠實的錯誤可能性。但是，值得注意的是，已經(jīng)有一些其他專家將引力波作為哈勃常數(shù)的測量對象。
例如，在2019年，一個單獨的天文學(xué)家小組研究了由中子星合并產(chǎn)生的跨越空間和時間的漣漪，這在2017年被LIGO和Virgo發(fā)現(xiàn)。他們試圖通過引力波的反向計算來了解碰撞發(fā)生時的亮度，并最終得出哈勃常數(shù)的估計。而在同一年，另一個團隊提出，我們只需要大約25個中子星碰撞的讀數(shù)，就可以將常數(shù)精確到3%以內(nèi)。