科学家提出用黑洞碰撞数据来测量宇宙膨胀速度

在最新的一项研究中，两名芝加哥大学的天文学家，提出了一种使用多组黑洞碰撞时观测到的数据，来测量宇宙扩张的速度。理论上这有助于帮助天文学家理解宇宙是如何进化的、宇宙是由哪些东西组成的，以及宇宙未来的发展趋势。

尤其要指出的是，这两位天文学家认为这项名为“Spectral siren”的新技术，或许能够揭示宇宙中难以捉摸的“青少年”时代的细节。

宇宙膨胀的速度一直是重大的科学辩论主题，它在学术界也称之为“哈勃常熟”（Hubble Constant）。但目前宇宙膨胀率的测量方式有很多种，但得出的结果略有不同。

为了帮助解决这一冲突，科学家们渴望找到衡量这一比率的替代方法。验证这个数字的准确性尤其重要，因为它会影响我们对宇宙年龄、历史和构成等基本问题的理解。

这项新的研究提供了一种更新奇的方式，使用特殊的探测器来捕捉黑洞碰撞的宇宙回声。

有时候两个黑洞会互相撞击，从而在时空中产生了一道穿越宇宙的涟漪。在地球上，美国激光干涉引力波天文台 (LIGO) 和意大利 Virgo 天文台可以拾取这些涟漪，这些涟漪被称为引力波（gravitational waves）。

在过去几年时间里，LIGO 和 Virgo 已经观测到了将近 100 起黑洞撞击事件。

每次碰撞产生的引力波信号都包含有关黑洞质量的信息。然而，信号一直在穿越太空，在此期间宇宙已经膨胀，这改变了信号的特性。该论文的两位作者之一，芝加哥大学天体物理学家丹尼尔·霍尔兹（Daniel Holz）解释说：“例如，如果你把一个黑洞放在宇宙的早期，它的信号会发生变化，它看起来像一个比实际更大的黑洞”。

而这种方式可能提供了一个独特的窗口，用于观察其他测量手段无法观察到的宇宙“青少年”时期。

如果科学家们能够找到一种方法来测量该信号如何变化，他们就可以计算出宇宙的膨胀率。问题是校准：他们怎么知道它与原来的变化有多大？

在他们的新论文中，Holz 和第一作者 Jose María Ezquiaga 建议他们可以使用我们关于整个黑洞种群的新知识作为校准工具。例如，目前的证据表明，大多数检测到的黑洞的质量是太阳质量的 5 到 40 倍。

美国宇航局爱因斯坦博士后研究员和卡夫利宇宙物理研究所研究员 Ezquiaga 说：“所以我们测量附近黑洞的质量并了解它们的特征，然后我们再往远处看，看看那些更远的黑洞似乎发生了多大的变化，这可以让你测量宇宙的膨胀”。