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重力波研究將助解宇宙膨脹速率

2019/2/18 — 11:27

資料圖片:中子雙星(Circinus X-1: X-ray light rings from a binary neutron star (24 June 2015; Chandra X-ray Observatory)

資料圖片:中子雙星(Circinus X-1: X-ray light rings from a binary neutron star (24 June 2015; Chandra X-ray Observatory)

重力波研究不只驗證了愛因斯坦百年計算,英國倫敦大學學院及 Flatiron 研究中心宇宙學家的最新刊於《Physical Review Letters》的研究更指出,透過量度約 50 個中子雙星 (binary neutron stars) 可能有機會解答此難題。

宇宙至今已有約 138 億年歷史,期間一直膨脹。哈勃常數 (Hubble Constant) 來自宇宙學家 Edwin Hubble 及 Georges Lemaître 在 1920 年代的研究,此常數可用作量度宇宙年齡的常數 ,對了解宇宙機制及演化史十分重要。不過,這個變數的實際數值可以由不同方法量度出來。

現時一般會透過觀察近域宇宙 (Local Universe) 的造父變星 (Cepheid star) 以及超新星,或者可測量早期宇宙的宇宙背景輻射等兩個不同方法計算哈勃常數。然而,這兩個測量標準均得出不同的膨脹數字,反映現有標準宇宙模型 (Standard Cosmological Model) 可能有誤。

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數位宇宙學家因而嘗試找出新方法,計算哈勃常數。他們指出,未來 10 多年可透過觀察約 50 個雙中子星重力波幫助科學家修正哈勃常數。中子雙星在兩者碰撞融合前會互相圍繞運行,釋出重力波。地球上現有的美國激光干涉重力波天文台 (LIGO) 與意大利室女座干涉儀 (Virgo interferometer) 將可測量到重力波訊號。

單算重力波訊號當然不足以計算哈勃常數。研究人員指出,若同時計算約  50 組雙星融合時,爆炸所產生的光線數據,便可幫助研究整個系統的速度,並使用哈勃—勒梅特定律計算出正確的哈勃常數,得出宇宙膨脹速率,修正現有標準宇宙模型。 

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來源:
Phys.org, Gravitational waves will settle cosmic conundrum, 14 February 2019

報告:
Feeney, S.M., Peiris, H.V., Williamson, A.R., Nissanke, S.M., Mortlock, D.J., Alsing, J. & Scolnic, D. (2019). Prospects for Resolving the Hubble Constant Tension with Standard Sirens. Physical Review Letters, 122. DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.061105

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu 、 David Yu

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