據(jù)國外媒體報道，一項新研究稱，通過分析死亡恒星在空間和時間結構中產(chǎn)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(shù)，從而推算出宇宙的年齡以及目前宇宙狀態(tài)的細節(jié)。他們甚至還可以用哈勃常數(shù)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(shù)，其一是監(jiān)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?？茖W家對這些天體的性質(zhì)已經(jīng)有了很多了解，比如超新星爆發(fā)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(shù)的值產(chǎn)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(shù)據(jù)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(fā)和造父變星的數(shù)據(jù)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(shù)沖突”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(shù)據(jù)可能會有助于解開這一難題。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(shù)沖突是我們現(xiàn)有宇宙模型不完整的最明顯暗示，但在5到10年內(nèi)，這一難題有望解決?！?/p>
根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，引力是質(zhì)量扭曲時空的結果。當任何具有質(zhì)量的物體移動時，它都會產(chǎn)生能以光速傳播，并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(jù)。2017年，科學家又探測到了中子星碰撞所產(chǎn)生的引力波。中子星來自超新星爆發(fā)中死亡的恒星殘骸。如果恒星殘骸的質(zhì)量不足以坍縮成黑洞，那它們最終就會成為中子星。中子星的名稱來源于它們的引力足夠強大，可以將質(zhì)子和電子擠壓在一起，形成中子。
與黑洞不同，中子星會發(fā)出可見光，它們的碰撞也是如此。這些碰撞所產(chǎn)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(fā)出的光有助于確定它們相對于地球的移動速度。利用這兩組數(shù)據(jù)，研究人員就能計算出哈勃常數(shù)。根據(jù)菲尼及其同事的估計，分析未來5到10年內(nèi)大約50對中子星的碰撞，或許就能獲得確定哈勃常數(shù)精確測量值的足夠數(shù)據(jù)。
然而，這一估計還需要取決于中子星碰撞發(fā)生的頻率?！爸凶有呛喜⒌陌l(fā)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，而且合并事件又比我們認為的罕見得多，那么觀測到足夠解釋哈勃常數(shù)沖突的中子星合并事件就需要比我們在文中所說的更長的時間?！?/p>
菲尼表示，引力波最終可能會支持哈勃常數(shù)的某個值，而不是另一個值，但也有可能帶來哈勃常數(shù)的第三個值。如果這種情況發(fā)生，那就有可能帶來關于超新星、造父變星或中子星行為的新認識。這項研究的詳細內(nèi)容發(fā)表在2月14日的《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。
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