宇宙自誕生以來一直在膨脹。但每個天體物理學家心里都有一個問題：宇宙膨脹的速度有多快？科學家們已經(jīng)提出了很多可能的方法來得到答案，這些方法已經(jīng)對膨脹速率進行了良好估計，但它們并沒有盡可能地精確。一個被稱為“哈勃常數(shù)”的數(shù)字有很大的不確定性，但正如麻省理工學院和哈佛大學的兩位物理學家在《物理評論快報》的一篇新文章中所寫到的那樣，他們已經(jīng)找到了一種縮小誤差范圍的方法。
圖解 : 宇宙的最終命運和宇宙的年齡，可以取決于測量現(xiàn)今的哈勃常數(shù)和推斷減速參數(shù)的觀測值，此參數(shù)特具密度參數(shù)值（Ω）的特征。所謂的“封閉宇宙”（Ω＞1）即將在一次“大緊縮”（Big Crunch）后結束，比哈勃年齡年輕?！伴_放宇宙”（Ω≦1）永遠都在擴張且具有較接近哈勃年齡的年齡。我們所居住的宇宙為“加速宇宙”（accelerating universe），其年齡正巧非常接近哈勃年齡。
圖解：哈勃常數(shù)的三個步驟。
在發(fā)表的一篇論文中，兩位物理學家打算利用罕見的成對的黑洞和中子星對來確定更精確的哈勃常數(shù)。當這些雙星系統(tǒng)的距離越來越近時，它們會以引力波的形式釋放出質(zhì)量，而當它們最終合為一體時，一道閃光會從其中迸射而出。
圖解：藝術家想像的從三合星系統(tǒng)行星HD 188753 Ab（左上角）的衛(wèi)星（假設）看見的景象。最明亮的伴星就正在地平線下。
麻省理工學院的助理教授——薩爾瓦多·維塔萊博士和哈佛大學“黑洞計劃”的博士后研究員——陳新宇博士認為，這些閃光和引力波可以為人類提供一個更精確的參考點來測量宇宙膨脹的速度。
圖解：中子星-黑洞的模擬合并，用時43毫秒(43千分之一秒)。當這種情況發(fā)生時，系統(tǒng)會釋放出一道閃光，科學家們說，這能幫助他們更好地了解宇宙膨脹的速度。
很多個不同的團隊正在研究確定哈勃常數(shù)的方法，但是他們都基于大致相同的想法：通過凝視遙遠的天體，天體物理學家可以感受到它們離我們有多快，因此得知宇宙的膨脹速度有多快。在這種新方法中，研究人員建議觀察黑洞和中子星相互環(huán)繞彼此的軌道并最終合并的罕見現(xiàn)象。
在這篇論文中，他們提出可以使用地面和太空望遠鏡來計算這個系統(tǒng)的移動速度。然后，利用激光干涉儀引力波觀測臺(LIGO)來探測系統(tǒng)發(fā)出的引力波，來測量系統(tǒng)與地球的距離。有了這兩個數(shù)字，他們應該能夠算出哈勃常數(shù)的精確測量值。
圖解：宇宙的歷史。根據(jù)推測，大爆炸剛發(fā)生后的超光速暴漲過程產(chǎn)生了引力波。
維塔萊說：“到目前為止，人們已經(jīng)把注意力集中在雙中子星上，這是用引力波測量哈勃常數(shù)的一種方法。但我們已經(jīng)證明，還有另一種類型的引力波源尚未被充分利用，那就是黑洞和中子星一起螺旋運動而出現(xiàn)的引力波。”
圖解：LIGO和LISA主要探測的波源頻域分布。橫軸為頻率，縱軸為引力波振幅。
這種方法最大的問題是，這些系統(tǒng)遠不如黑洞常見。盡管如此，維塔萊和陳新宇博士希望這些系統(tǒng)通過研究增加的精確度可以彌補它們的稀缺性帶來的問題。
維塔萊好奇道：“是否每一個黑洞-中子星的雙星系統(tǒng)都會讓我們更進一步，去彌補宇宙中黑洞-中子星組成的雙星系統(tǒng)的數(shù)量遠少于中子星兩兩組成的雙星系統(tǒng)這一潛在的事實？”
LIGO在2019年1月再次開始收集數(shù)據(jù)，也許在未來我們就能知道維塔萊和陳新宇這些研究人員們是否走上了正確的道路。
