這個災難性的天文事件中竟隱藏宇宙膨脹的秘密！

1929年，美國天文學家哈勃發表了著名的宇宙膨脹理論：整個宇宙在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運動也是膨脹的一部份，而不是由於任何斥力的作用。但宇宙膨脹的速率（稱為哈勃常數）應該如何計算呢？學界目前並沒有一種公認的計算方法。

由倫敦大學學院研究人員領導的一項新的模擬研究表明，研究黑洞和中子星的劇烈碰撞可能很快就可以提供一種新的宇宙膨脹率的測量值，有助於解決長期存在的爭議。

目前，估算宇宙膨脹率有兩種最佳方法：測量脈動和爆炸恒星的亮度和速度，以及觀察早期宇宙的輻射波動。但這兩種方法分別給出了截然不同的答案，這表明我們關於宇宙的理論可能是錯誤的。

第三種測量方法是觀察由黑洞-中子星碰撞引起的空間結構中的光和波紋的爆炸，這應有助於解決這一分歧並搞清楚我們的宇宙理論是否需要重寫。

這項發表在《物理評論快報》上的新研究模擬了25000個黑洞和中子星碰撞的情景，旨在觀察在2020年代中期至後期，地球上的儀器可能會探測到多少個黑洞和中子星碰撞。

研究人員發現，到2030年，地球上的儀器可以感知到由多達3000次此類碰撞引起的時空波動，而且在其中約100次事件中，望遠鏡還將看到碰撞伴隨的光爆炸。

他們得出結論，這些數據將足以提供一種新的，完全獨立的，對宇宙膨脹率的測量方法，其精確度和可靠性足以確認或否認對新物理學的需求。

來自NASA動畫的黑洞吞噬中子星的靜止圖像。圖源Dana Berry/NASA

主要作者，倫敦大學學院物理與天文博士斯蒂芬·費尼博士說：「中子星是一顆死星，它是由一個非常大的恒星爆炸然後坍塌而產生的，它的密度令人難以置信，但質量卻高達太陽的兩倍。它與黑洞的碰撞是一個災難性事件，引起了時空的漣漪，稱為引力波，現在我們可以使用LIGO和處女座等天文臺在地球上探測到。這將為天體物理學開辟一個新紀元！」

為了計算宇宙的膨脹率，天體物理學家需要了解天文物體與地球之間的距離以及它們移動的速度。分析引力波可以告訴我們碰撞距離有多遠，需要確定只剩速度。

為了說明發生碰撞的星系移動的速度有多快，我們看一看光的「紅移」，即光源產生的光的波長如何被其運動拉伸。這些碰撞可能伴隨著光的爆炸，這將有助於我們查明碰撞發生的星系，從而使研究人員能夠將距離的測量結果與該星系中的紅移測量結果結合起來。

合著者Hiranya Peiris教授（UCL物理與天文學和斯德哥爾摩大學）說：「關於哈勃常數的分歧是宇宙學中最大的謎團之一。除了幫助我們解決這個難題之外，這些災難性事件的時空漣漪也隨之開啟一個關於宇宙的新窗口。我們可以預見在未來十年中將會有許多激動人心的發現。」

參考資料：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/ucl-bhs042821.php