研究人员提出测量宇宙膨胀的新方法
1929 年，天文学家发现星系正在远离我们和彼此。他们将这一观察解释为宇宙正在膨胀。然而，当他们测量其扩张速度时，他们使用不同的方法得到了不同的答案。这种差异仍然是他们对膨胀宇宙的描述中的一个棘手问题。
班加罗尔国际理论科学中心的 Souvik Jana 领导的研究小组提出了一个解决方案。他们的论文即将发表在《物理评论快报》上，已被选为编辑建议。
解决方案取决于研究引力波，即时空的涟漪，天文学家于 2015 年首次探测到引力波。该团队研究了引力本身如何影响引力波。
当成对的黑洞在宇宙之舞中合并成一个黑洞时，它们会发射引力波。当它们到达地球时，公里长的探测器帮助科学家研究黑洞对的特性。占据黑洞和地球之间空间的巨大星系改变了这些时空波纹的路径，导致探测器记录到同一波的多个副本。天文学家将这种现象称为引力透镜效应。
该研究的合著者帕拉梅斯瓦兰·阿吉斯 (Parameswaran Ajith) 表示：“一个多世纪以来，我们一直在观察光的引力透镜效应。” “我们预计在未来几年内首次观测到透镜引力波!”
在接下来的二十年里，科学家将开始运行先进的引力波探测器来寻找合并的黑洞。“未来的探测器将能够看到比现有探测器更远的距离，”该研究的合著者之一、浦那大学间天文学和天体物理学中心的 Shasvath J. Kapadia 解释道。另一位合著者、加州大学圣巴巴拉分校的 Tejaswi Venumadhav 表示，他们将能够探测到隐藏在影响现有探测器的噪声中的较弱的引力波信号。
天文学家估计，先进的探测器将记录来自几百万个黑洞对的信号，每个黑洞对合并形成一个巨型黑洞。其中，由于引力透镜作用，大约10,000个黑洞合并会在同一探测器中多次出现。
苏维克领导的团队证明，通过计算这种重复黑洞合并的次数并研究它们之间的延迟，他们可以测量宇宙的膨胀率。随着先进引力波探测器的数据在未来二十年不断涌现，他们的方法有可能准确测量宇宙的膨胀率。
苏维克表示，该团队的提议不需要了解产生多个引力波副本的各个星系的属性、到黑洞对的距离，甚至不需要知道它们在天空中的确切位置。相反，它只需要一种准确的方法来了解哪些信号被放大。沙斯瓦斯补充道，科学家们正在改进识别重复信号的技术。
引力透镜效应要求天文源距离很远。黑洞对符合这个标准，它们可以起源于 133 亿年前，距离宇宙诞生还不到 5 亿年。
沙斯瓦斯警告说，只有当先进探测器记录数百万次黑洞合并时，他们提出的方法才会有帮助。目前，该团队正在研究未来的观测如何能够区分宇宙学家提出的不同宇宙模型。
研究小组解释说，这些模型试图解开难以捉摸的暗物质之谜，暗物质是一种不与光相互作用的物质形式。暗物质假说解决了天文学家解释为什么星系具有观测到的质量的问题。然而，科学家们仍然不确定暗物质的性质，从而导致了各种暗物质模型。
该团队正在进行的研究表明，未来对透镜引力波的观测将成为研究暗物质特性的工具。
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