据美国芝加哥大学的科学家测算估计，在美国激光干涉仪引力波天文台（LIGO）对第一颗中子星碰撞进行首次快速探测后，他们便可以在五到十年内对宇宙膨胀的速率进行极为精确的测量。
20年前，科学家们震惊地发现，我们的宇宙不仅在膨胀，而且随着时间的推移还在加速膨胀。天文学界以著名天文学家、芝加哥大学校友埃德温·哈勃的名字将宇宙的膨胀速率命名为“哈勃常数”（Hubble constant）。随后，科学家们曾使用过两种方法来计算这个数值，然而得出的结果却大相径庭，令人沮丧。然而，去年他们意外地捕捉到中子星发生碰撞时辐射出的引力波，从而为计算哈勃常数提供了第三种方法。尽管目前他们只获得了碰撞的唯一数据点，但是据《自然》（Nature）杂志近日刊发的一篇研究论文称，三个来自美国芝加哥大学（University of Chicago）的科学家估计，鉴于研究人员观测到第一个中子星碰撞的速度，他们可以在五到十年内取得一个非常准确的哈勃常数测量值。
该论文作者、芝加哥大学的物理学教授丹尼尔·霍尔茨（Daniel Holz）介绍道：“哈勃常数能告诉我们宇宙的大小和年龄。自从宇宙学诞生以来，这一概念一直是这个领域众人追求的‘圣杯’。而利用引力波来计算这个常数，可能会让我们对宇宙有一个全新的认识。关键问题是，它什么时候会成为改变宇宙学格局的分水岭呢？”霍尔茨是2017年首次发现并发表该计算方法的科学家之一。
在传统上，天体物理学家使用的第一种测量哈勃常数的方法是，利用了一种名为“宇宙距离阶梯”（cosmic distance ladder）的技术，该技术能利用某些可变恒星和超新星的亮度来进行一系列比较分析，从而计算出目标天体的距离。而这一方法的局限是，它一方面依赖于若干假设条件，比如作为参照的超新星要是恒常的，另一方面，科学家在计算时还可能有一些误差，比如把不同种类的超新星相互混淆，或是在计算邻近恒星时发生未知的错误。
此外，计算哈勃常数的另一种主要方法是，通过观测宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background）——一种在宇宙起源时产生的光脉冲，虽然它很微弱，但是它在今天仍然可以被探测到。虽然这个方法也很有用，但它也依赖于关于宇宙如何运作的假设理论。
令人讶异的是，尽管进行这两种计算的科学家都对他们的结果抱有信心，但是他们的结果却并不匹配。一方认为宇宙膨胀的速率要比另一方获得的结果要快10%。然而，LIGO探测器去年捕获两颗恒星相撞的图像后，第一次在时空结构中发现了其中的引力波涟漪。这一发现不仅震撼了天文观测者，也撼动了整个天文学领域。既能感受到引力波，又能通过望远镜观测到恒星碰撞后的余辉，这便给科学家们提供了一个最新的强大研究工具。
具体来说，引力波为计算哈勃常数提供了一种完全不同的方法。当两颗大质量恒星相撞时，它们在时空结构中荡漾出的涟漪可以被地球上的仪器探测到。通过测量这一信号，科学家可以计算出相互碰撞的两颗恒星在质量和能量两个方面的特征。当将这个读数与引力波的强度作对照比较时，他们便可以推断出该天体的距离有多远。霍尔兹说，这种测量方法更干净，对宇宙的假设也更少，因此应该会更加精确。霍尔兹与麻省理工学院的斯科特·休斯（Scott Hughes）一道在2005年提出了用引力波与望远镜读数相结合的方法来进行测量的想法，而目前唯一剩下的问题是，科学家们能以怎样的频率捕捉到这些天文事件，以及从中所得到的数据能有多可靠。
这篇论文预测，一旦科学家们从中子星的碰撞中探测获得25个读数，他们将能在3%的精确度以内测量宇宙的膨胀速率；而一旦达到200个读数，精确度将缩小到1%。”该论文的另一位作者、芝加哥大学研究生玛雅·菲什巴赫（Maya Fishbach）解释道：“我们很幸运能观测到去年撞击——它离我们很近，所以进行定位和分析相对容易。未来我们要探测的天体距离会远得多，不过一旦我们拥有了下一代望远镜，我们应该也能找到与之相应的远距离的观测对象。”
编译：朱明逸
审稿： 三水
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