宇宙膨胀到底有多快?
科学家们仍不完全确定，但普林斯顿领导的天体物理学家团队利用2017年探测到的中子星合并，为这一数字提出了一个更精确的数值，称为哈勃常数。他们的研究成果发表在最新一期的《自然天文学》杂志上。
“哈勃常数是描述宇宙过去、现在和未来状态的最基本信息之一，”普林斯顿大学天体物理科学系小莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer, Jr.)博士后Kenta Hotokezaka说。“所以我们想知道它的价值。”
目前，估算哈勃常数最成功的两种技术是基于对宇宙微波背景或遥远宇宙中恒星自爆成碎片的观测。
但这些数据并不一致:对爆炸恒星(Ia型超新星)的测量表明，宇宙的膨胀速度比普朗克对宇宙微波背景的观测预测的要快。
Hotokezaka说:“因此，要么它们中的任何一个是错误的，要么支撑它们的物理模型是错误的。”“我们想知道宇宙中到底发生了什么，所以我们需要第三个独立的检查。”
Video: Neutron star merger
两颗中子星的碰撞释放出一个由物质和能量组成的异常火球，这使得普林斯顿领导的天体物理学家团队能够计算出哈勃常数，即宇宙膨胀的速度。他们使用超高分辨率的无线电“电影”(左图)与电脑模型(右图)进行比较。为了制作他们的电影，科学团队将来自足够大的射电望远镜的数据进行了组合，这些射电望远镜分布在足够大的区域内，产生了如此高分辨率的图像，如果这是一台光学相机，它可以看到6英里外某人的头发。这部电影强调了合并后75天和230天的观察。中间的面板显示了收音机的余辉光曲线。
他和他的同事——普林斯顿的NASA萨根博士后Kento此外,矿石Gottlieb和埃胡德Nakar以色列,特拉维夫大学的三昧耶Nissanke阿姆斯特丹大学的Kunal Mooley格雷格并不遥远,从加州理工学院,和亚当·戴勒在澳大利亚斯文本科技大学-发现独立检查通过合并两个中子星。
中子星合并是指两颗大质量恒星以每秒数百次的速度相互绕转，然后在一次不寻常的碰撞中合并，并释放出引力波和巨大的物质爆炸。在2017年8月17日探测到的中子星合并事件中，这两颗恒星——每颗都有曼哈顿那么大，质量几乎是太阳的两倍——在相撞前的运动速度是光速的相当一部分。
中子星合并产生的引力波形成了一种独特的模式，被称为“标准警报器”。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测量到的信号强度进行比较，从而计算出并购发生的距离。
但是有一个问题——只有当他们知道合并的恒星是如何通过地球的望远镜定位的时候，这才会起作用。引力波数据无法区分附近的合并和侧面的合并，远处的合并和正面的合并，或者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射电“电影”，拍摄了中子星合并后留下的火球物质。为了制作他们的电影，他们结合了来自世界各地射电望远镜的数据。
戴勒说:“我们拍摄的无线电图像分辨率非常高，如果是光学相机，它可以看到3英里外某人的头发。”
纳卡尔说:“通过比较这颗遥远的放射气体子弹在位置和形状上的微小变化，以及包括超级计算机上开发的模型在内的几个模型，我们能够确定正在合并的中子星的方向。”
利用这个，他们计算出合并的中子星离我们有多远——然后，通过与它们的主星系远离我们的速度进行比较，他们可以测量出哈勃常数。
在2017年中子星合并(GW170817)被地球上几乎所有的天文仪器记录下来后，天体物理学家计算出哈勃常数为每百万秒66至90公里每秒。通过对碰撞方向的严格限制，Mooley和包括Hotokezaka在内的几位共同作者去年发表了论文，目前的研究小组能够进一步确定这一估计，在65.3到75.6公里/秒/英里之间。
Hotokezaka说，虽然这种精度“相当好”，但仍然不足以区分普朗克模型和Ia型模型。他和他的同事们估计,得到的精度水平,他们将需要更多数据从15碰撞像GW170817——它帮助大量的数据在整个电磁波谱,或者50到100只探测到引力波的碰撞。
Hotokezaka说:“这是天文学家首次能够通过对引力波信号和射电图像的联合分析来测量哈勃常数。”“值得注意的是，只有一次合并事件让我们能够高精度地测量哈勃常数，而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)。”
“由K. Hotokezaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley和A. T. Deller从GW170817喷气机的超光速运动中得到的哈勃常数测量”发表在最新一期的《自然天文学》杂志上(DOI: 10.1038/s41550-019-0820-1)。该研究由普林斯顿大学、以色列科学基金会、荷兰科学研究组织、美国国家航空航天局、美国国家科学基金会(AST-1654815)和澳大利亚研究委员会(FT150100415)资助。
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