引力波可能会透露我们的宇宙的速度是多么快

引力波揭示了我们宇宙的速度有多膨胀

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)。图片: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。

指出望远镜,天文学家们对某些恒星和其他宇宙来源来衡量距离地球的距离和速度他们远离我们,两个参数估计哈勃常数是必不可少的,一个计量单位来描述宇宙膨胀的速度。

但到目前为止,最精确的努力都是在哈勃常数的非常不同的值上进行的,没有提供关于宇宙增长的确切速度的确切答案。科学家们相信,这些信息可以揭示宇宙的起源和命运,以及宇宙是会无限膨胀还是最终崩溃。

现在科学家们麻省理工学院和哈佛大学提出了一种更准确和独立的方式来测量哈勃常数,使用引力波由一个相对罕见的系统发射:a黑洞-中子星双星,一个巨大的能量配对螺旋黑洞和一个中子星。当这些物体绕着彼此旋转时,它们最终相撞时应该会产生震撼空间的引力波和闪光。

在今天发表在《物理评论快报》上的一篇论文中,研究人员报告说,这道闪光可以给科学家们一个系统速度的估计,也就是它离地球有多快。如果在地球上探测到发射的引力波,应该能提供一个独立而精确的系统距离测量。尽管黑洞-中子星双星非常罕见,但研究人员计算出,即使探测到一些,也能得到迄今为止最精确的哈勃常数和宇宙膨胀率。

“黑洞-中子星双星是非常复杂的系统,我们对此知之甚少,”麻省理工学院物理学助理教授、论文的主要作者Salvatore Vitale说。“如果我们探测到一个,奖励就是它们可能会对我们理解宇宙做出巨大贡献。”

维塔莱的合著者是哈佛大学的陈新宇。

竞争常数

最近进行了两个独立测量的哈勃常数,一个使用美国宇航局s哈勃太空望远镜另一个则使用了欧洲航天局的普朗克卫星。哈勃太空望远镜的测量是基于对一种被称为造父变星的恒星的观测,以及对超新星的观测。这两个天体都被认为是“标准蜡烛”,因为它们的亮度可以预测,科学家可以用它们来估计恒星的距离和速度。

其他类型的估计是基于宇宙微波背景中波动的观察 - 在立即留下的电磁辐射大爆炸,当宇宙仍处于初期阶段。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。

“这就是LIGOVitale说道。

激光干涉引力波天文台(LIGO)探测引力波——由灾难性的天体物理现象产生的时空果冻中的涟漪。

“引力波提供了一种非常直接和简单的方法来测量它们的源的距离,”Vitale说。“我们用LIGO探测到的是到光源距离的直接印记,无需任何额外分析。”

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。

“对于中子星双星,很难区分这两种情况,”Vitale说。

一个新的波浪

2014年,在LIGO首次探测到引力波之前,Vitale和他的同事观察到一个由黑洞和一颗中子星组成的双星系统可以提供比中子星双星更精确的距离测量。考虑到已知黑洞绕轴旋转,类似于地球,但速度快得多,该团队正在研究如何精确测量黑洞的旋转。

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。”

维塔莱最近又回到了他最初的观察,在这篇新论文中,他开始回答一个理论问题:

“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。

要回答这个问题,团队ran模拟预测宇宙中两种类型的二元系统的发生,以及准确性他们的距离测量。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

1条评论在“引力波可能会揭示我们的宇宙的速度有多膨胀”

  1. LIGO必须了解更多关于引力波的知识,才能应用于测量宇宙的膨胀速度。事实上,引力波仍然缺少量子时间,引力波的上行和下行,而LIGO甚至还不知道!到目前为止,LIGO只知道2到3种不同的引力波,他们需要知道更多;否则,LIGO会误解或曲解他们捕捉到的波!!!!!!

发表评论

邮件地址是可选的。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。