宇宙膨脹率出現爭議？新方法問世，藉助引力波測量宇宙膨脹率

上世紀中期,美國的無線電工程師阿諾.彭齊亞斯和羅伯特.威爾遜發現了「宇宙微波背景輻射」——宇宙微波背景輻射是宇宙中最為古老的光,乃是宇宙大爆炸所留下的餘輝——證實了大爆炸宇宙論,且使熱大爆炸宇宙模型成了標準宇宙模型。大爆炸宇宙論認為,宇宙誕生於一個緻密熾熱的奇點,奇點於137億年前發生一次大爆炸,生成了宇宙的空間和時間、以及森羅萬象的物質。歐洲的普朗克衛星觀測宇宙微波背景輻射,測算出宇宙的膨脹速度為67.4公里/秒.百萬秒差距,然而,美國約翰.霍普金斯大學的天文學家亞當.里斯(Adam Riess)率領的研究團隊發現,哈勃太空望遠鏡測定的宇宙膨脹速度,比歐洲普朗克衛星測定的速度快了10%左右。

亞當.里斯等人測算宇宙膨脹速度的方法,大致與埃德溫.哈勃發現宇宙膨脹的方法一樣,他們使用哈勃太空望遠鏡,觀察了大麥哲倫星雲(簡稱「LMC」)內的70顆「造父變星」——造父變星是一種較為特殊的恆星,它的亮度會隨著時間的變化而變化,天文學家們通過一顆造父變星的亮度變化周期,可以獲得它的真實亮度,進而測定它與地球的距離、以及宇宙膨脹速度——依據長期積累的觀測數據,他們計算出的宇宙膨脹速度為74.03公里/秒.百萬秒差距。美國國家射電天文台的天文學家庫納爾.摩尼認為,也許引力波是測算宇宙膨脹速度的一個新途徑,把引力波與射電望遠鏡的觀測數據相結合,就可以測算宇宙膨脹速度了。

(宇宙)

目前為止,天文學家們經由宇宙微波背景輻射和ia型超新星大爆發——ia型超新星是一個巨星和一個白矮星構成的雙星系統,引力極大的白矮星會吸取巨星的物質、且發生碳爆轟——兩種途徑,測算宇宙膨脹速度,讓人困惑的是,它們得出的宇宙膨脹速度不相同。庫納爾.摩爾率領的研究團隊另闢蹊徑,它們使用超長基線陣列、綠灣射電望遠鏡和卡爾.詹斯基超大陣列,對兩顆中子星相撞所產生的引力波進行了觀測、數據收集和研究,庫納爾.摩爾認為,雙中子星合併的宇宙事件,為天文學家們提供了一個測算宇宙膨脹速度的新途徑。

雙中子星合併的過程中,它們會發生劇烈的爆發、且產生一股引力波,天文學家們探測到這一股引力波之後,對引力波信號的波形進行分析和測算,就可以得出雙中子星合併所產生的「亮度」是多少,進而計算出雙中子星系統與地球之間的距離是多少。庫納爾.摩爾認為,這一種宇宙膨脹速度的測算方法較為獨立,其得出的結果也許會解決天文學家們面臨的窘境。

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不過,庫納爾.摩爾等人採用的新方法也有一些不足之處,比如引力波的強度與雙中子星系統的軌道相關,雙中子星的軌道平面發生變化、那麼引力波的強度也隨之變化。為了消除這一干擾因素,庫納爾.摩爾的研究團隊使用射電望遠鏡觀測雙中子星合併所產生的超高速物質噴射流的運動,進而確定引力波的方向角。庫納爾.摩爾認為,觀測一次雙中子星合併事件,獲得的數據不足以計算出宇宙膨脹速度,他們至少要觀測到15次雙中子星合併事件,才可以獲得一個準確的結果。

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