究竟宇宙的扩张速度有多快?
科学家们仍然不完全确定，但普林斯顿领导的天体物理学家团队利用2017年检测到的中子星合并来为这个数字提供更精确的值，称为哈勃常数。他们的工作出现在最新一期的“ 自然天文学 ”杂志上。
“哈勃常数是描述过去，现在和未来宇宙状态的最基本的信息之一，”普林斯顿天体物理科学系的Lyman Spitzer，Jr。博士后研究员Kenta Hotokezaka说。“所以我们想知道它的价值是什么。”
目前，用于估计哈勃常数的两种最成功的技术是基于对宇宙微波背景或在远处宇宙中将其自身吹成碎片的恒星的观测。
但这些数字并不一致：爆炸恒星的测量 - Ia型超新星 - 表明宇宙膨胀的速度超过了普朗克对宇宙微波背景的预测。
“因此，其中任何一个都是不正确的，或者支撑它们的物理模型是错误的，”Hotokezaka说。“我们想知道宇宙中究竟发生了什么，所以我们需要进行第三次独立检查。”
他和他的同事 - 普林斯顿的NASA Sagan博士后研究员Kento Masuda，以色列特拉维夫大学的Ore Gottlieb和Ehud Nakar，阿姆斯特丹大学的Samaya Nissanke，加州理工学院的Gregg Hallinan和Kunal Mooley以及来自加州理工学院的Adam Deller澳大利亚斯威本科技大学 - 通过合并两颗中子星发现了独立检查。
中子星合并是非常有活力的事件，其中两个巨大的恒星每秒钟相互鞭打数百次，然后合并到一个非常的碰撞中，掠过一阵引力波和巨大的物质爆炸。在2017年8月17日发现的中子星合并的情况下，这两颗恒星 - 每个都是曼哈顿的大小，几乎是太阳质量的两倍 - 在光速的很大一部分上移动在他们相撞之前。
来自中子星合并的引力波爆发产生了一种被称为“标准警报器”的独特模式。根据引力波信号的形状，天体物理学家可以计算出引力波应该有多强。然后，他们可以将其与信号的测量强度进行比较，以计算合并发生的距离。
但是有一个问题 - 只有当他们知道合并恒星是如何相对于地球望远镜定向的时候才有效。引力波数据无法区分附近的合并和边缘合并，远距离和正面合并，或介于两者之间的合并。
为了区分这些可能性，研究人员使用了超高分辨率的无线电“电影”，这部电影是在中子星合并后留下的材料火球。为了制作他们的电影，他们将来自世界各地的射电望远镜的数据结合起来。
“我们制作的无线电图像的分辨率如此之高，如果它是一台光学相机，它可能会在3英里外的某个人头上看到个别毛发，”德勒说。
“通过比较这个遥远的无线电发射气体子弹的位置和形状与包括在超级计算机上开发的几种模型的微小变化，我们能够确定合并中子星的方向，”Nakar说。
利用它，他们计算出合并的中子星有多远 - 然后，通过将它们与它们的主星系从我们的星系中冲走的速度进行比较，它们可以测量哈勃常数。
在2017年中子星合并(GW170817)被地球上几乎所有天文仪器登记后，天体物理学家计算出哈勃恒定值在每兆比特66至90千米每秒之间。通过对Mooley和包括Hotokezaka在内的几位共同作者去年发表的对碰撞方向的严格限制，目前的一组合作者能够将这一估计值进一步降低到65.3和75.6 km / s之间。 /百万秒差距。
Hotokezaka说，虽然这种精度“相当不错”，但它仍然不足以区分普朗克和Ia型号。他和他的同事们估计，为了达到这种精确度，他们需要来自GW170817之类的15次碰撞的数据 - 在整个电磁频谱中上下都有大量的数据 - 或者只检测到50到100次的碰撞引力波。
“这是天文学家第一次通过对引力波信号和无线电图像的联合分析来测量哈勃常数，”Hotokezaka说。“值得注意的是，只有一次合并事件才能让我们以高精度测量哈勃常数 - 这种方法既不依赖于宇宙学模型(普朗克)，也不依赖于宇宙距离阶梯(Ia型)。”