我们的宇宙理论有点不太对劲。几乎所有东西都吻合，但宇宙软膏中有一只苍蝇，无限三明治中的一粒沙子。一些科学家认为罪魁祸首可能是重力——而时空结构中细微的涟漪可以帮助我们找到缺失的那块。
一篇由芝加哥大学科学家共同撰写的新论文阐述了这一原理。12月出版。在《物理评论D》中，该方法依靠的是找到这样的波纹，这些波纹是在穿越超大质量黑洞或大型星系到达地球的过程中被弯曲的。
问题是，有什么东西不仅使宇宙膨胀，而且随着时间的推移膨胀得越来越快——没有人知道那是什么东西。(对确切速率的研究在宇宙学中一直存在争议)。
科学家们提出了各种各样的理论来解释这一缺失的部分。“其中许多依赖于改变引力在大尺度下的工作方式，”论文合著者Jose Maria Ezquiaga说，他是芝加哥大学Kavli宇宙学物理研究所NASA爱因斯坦博士后研究员。“所以，如果引力波存在的话，它是观察重力可能变化的完美信使。”
引力波是时空本身结构中的涟漪;自2015年以来，人类已经能够通过LIGO天文台捕捉到这些涟漪。每当两个巨大的重物体在宇宙的其他地方碰撞时，它们就会产生一个在太空中传播的涟漪，携带着任何形成它的特征——也许是两个黑洞或两个中子星的碰撞。
在这篇论文中，Ezquiaga和合著者Miguel Zumalacarregui认为，如果这些波在到达地球的过程中击中了特大质量黑洞或星系团，波纹的特征将会改变。如果引力和爱因斯坦的理论有区别，证据就会被嵌入这个签名中。
例如，一种关于宇宙缺失部分的理论认为存在额外的粒子。这样的粒子，在其他效应中，会在大型物体周围产生一种背景或“介质”。如果一个运动的引力波撞击一个超大质量的黑洞，它会产生一种波，这种波会和引力波本身混合在一起。根据它遇到的物体，引力波的信号可能会产生“回声”，或者出现混乱。
一个波浪混合和创造一个独特的新签名的插图。资料来源:Ezquiaga和Zumalacarregui
“这是一种探索以前无法测试的情况的新方法，”Ezquiaga说。
他们的论文为如何在未来的数据中发现这些影响提供了条件。下一次LIGO运行计划于2022年开始，将对探测器进行升级，使其比现在更加灵敏。
“在我们最近一次使用LIGO进行的观测中，我们每隔6天就会观测到一个新的引力波，这很神奇。但在整个宇宙中，我们认为它们实际上每五分钟发生一次。”“在下一次升级中，我们每年可能会看到数百起这样的事件。”
他说，数量的增加，使一种或多种波更有可能穿过一个巨大的物体，科学家将能够分析它们，寻找失踪成分的线索。
论文的另一位作者朱马拉卡瑞吉是德国马克斯·普朗克引力物理研究所、劳伦斯·伯克利国家实验室伯克利宇宙学物理中心和加州大学伯克利分校的科学家。
引文:“超越广义相对论的引力波透镜:双折射、回声和阴影。”Ezquiaga和Zumalacarregui，物理评论D, Dec。21日,2020年。DOI: 10.1103 / PhysRevD.102.124048
资助:美国宇航局，卡弗里基金会。