天体物理学家提出一种测量宇宙膨胀的新方

　　当两个黑洞合并时，它们会释放出引力波，当它们到达地球时被大质量物体聚焦，可以用来计算宇宙膨胀的速度。鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心/斯科特·诺布尔；模拟数据，d'Ascoli等人，2018年

　　据加州大学圣巴巴拉分校（索尼娅·费尔南德斯）：宇宙在膨胀；大约一个世纪以来，我们已经有了这方面的证据。但是天体相互远离的速度仍有待讨论。

　　测量物体在远距离上相互远离的速度是一项不小的壮举。自从发现宇宙膨胀以来，它的速率被测量和重新测量，精确度越来越高，一些最新的值从每秒67.4到每秒76.5公里/兆帕秒，这将衰退速度(以每秒公里为单位)与距离(以兆帕秒为单位)联系起来。

　　宇宙膨胀的不同测量结果之间的差异被称为“哈勃张力”。有人称之为宇宙学危机。但是对于加州大学圣巴巴拉分校的理论天体物理学家Tejaswi Venumadhav Nerella和他在印度班加罗尔的塔塔基础研究所以及印度浦那的大学间天文学和天体物理学中心的同事来说，这是一个激动人心的时刻。

　　自2015年首次探测到引力波以来，探测器已经得到了显着改善，并有望在未来几年产生大量信号。Nerella和他的同事们想出了一种方法，利用这些信号来测量宇宙的膨胀，也许有助于一劳永逸地解决这场争论。“未来探测器的一个主要科学目标是提供引力波事件的综合目录，这将是对非凡数据集的全新使用，”发表在《物理评论快报》上的一篇论文的合着者内雷拉说。

　　宇宙膨胀率的测量归结为速度和距离。天文学家使用两种方法来测量距离:第一种是从已知长度的物体(“标准尺子”)开始，看看它们在天空中有多大。这些“物体”是宇宙背景辐射中的特征，或者是宇宙中星系的分布。

　　第二类方法从已知亮度的物体(“标准烛光”)开始，利用它们的表观亮度测量它们与地球的距离。这些距离与更远的明亮物体的距离相关联，以此类推，形成了一系列测量方案，通常被称为“宇宙距离阶梯”顺便提一下，引力波本身也可以帮助测量宇宙膨胀，因为中子星或黑洞碰撞释放的能量可以用来估计这些物体的距离。

　　像星系这样的大质量物体可以弯曲合并黑洞的引力波，产生同一信号的多个副本，在不同时间到达地球。信号之间的这种延迟可以用来计算宇宙膨胀。信用:ICTS阿努格拉哈

　　内雷拉和他的合作者提出的方法属于第二类，但使用了引力透镜。这是一种当大质量物体扭曲时空，并弯曲在物体附近传播的各种波时发生的现象。研究人员表示，在极少数情况下，透镜化可以产生同一引力波信号的多个副本，这些信号在不同时间到达地球——多个成像事件的信号之间的延迟可以用来计算宇宙的膨胀率。

　　“我们非常清楚引力波探测器有多敏感，而且没有天体物理学的混淆来源，所以我们可以适当地解释什么进入了我们的事件目录，”Nerella说。“新方法的误差源与现有方法的误差源互补，这使它成为一个很好的鉴别器。”

　　这些信号的来源将是二元黑洞:两个黑洞相互环绕并最终合并，以引力波的形式释放出大量能量。我们还没有探测到这些信号的强透镜例子，但下一代地面探测器有望达到必要的灵敏度水平。

　　“我们期待在未来几年内首次观察到透镜引力波，”研究合着者帕拉梅斯瓦兰·阿吉特·库玛尔说。此外，这些未来的探测器应该能够看到更远的空间，探测更弱的信号。

　　作者预计这些先进的探测器将在未来十年开始寻找合并黑洞。他们预计将记录来自几百万个黑洞对的信号，其中一小部分(大约10，000个)将由于引力透镜作用在同一个探测器中出现多次。这些重复出现之间的延迟分布，编码了哈伯的膨胀率。

　　根据主要作者Souvik Jana的说法，与其他测量方法不同，这种方法不依赖于知道这些二元黑洞的确切位置或距离。唯一的要求是准确地识别足够大量的这些透镜信号。研究人员补充说，对透镜引力波的观察甚至可以为其他宇宙学问题提供线索，例如构成宇宙大部分能量的不可见暗物质的性质。