2019-07-09 06:08:02
新方法可以解决测量宇宙膨胀的难度

使用美国国家科学基金会(NSF)射电望远镜的天文学家已经证明了引力波和无线电观测的结合,以及理论建模,如何将中子星对的合并变成一个能够测量扩张的“宇宙统治者”。宇宙和解决一个悬而未决的问题。

天文学家使用NSF的超长基线阵列(VLBA),Karl G. Jansky超大阵列(VLA)和Robert C. Byrd Green Bank望远镜(GBT)来研究产生重力的两颗中子星碰撞的后果。这次事件提供了一种测量宇宙膨胀率的新方法,科学家称之为哈勃常数。宇宙的膨胀率可以用来确定它的大小和年龄,也可以作为解释宇宙其他地方物体观测的重要工具。

确定哈勃常数的两种主要方法使用宇宙微波背景的特征,来自宇宙大爆炸的剩余辐射,或称为类型Ia的特定类型的超新星爆炸,在遥远的宇宙中。但是,这两种方法给出了不同的结果。

国家射电天文观测台(NRAO)和加州理工学院的Kunal Mooley说:“中子星合并为我们提供了一种测量哈勃常数的新方法,并希望能够解决这个问题。”

该技术类似于使用超新星爆炸的技术。类型Ia超新星爆炸被认为都具有固有的亮度,可以根据它们变亮然后逐渐消失的速度来计算。测量从地球上看到的亮度然后告诉超新星爆炸的距离。测量来自超新星主星系的光的多普勒频移表明了星系从地球后退的速度。速度除以距离产生哈勃常数。为了获得准确的数字,必须在不同距离进行许多这样的测量。

当两颗巨大的中子星碰撞时,它们会产生爆炸和一股引力波。引力波信号的形状告诉科学家引力波爆发是多么“明亮”。测量在地球上接收的引力波的“亮度”或强度可以产生距离。

“这是一种完全独立的测量手段,我们希望能够澄清哈勃常数的真正价值,”Mooley说。

然而,有一个扭曲。引力波的强度随着它们相对于两个中子星的轨道平面的取向而变化。引力波在垂直于轨道平面的方向上更强,如果从地球看到轨道平面是边缘的,则引力波更弱。

“为了利用引力波来测量距离,我们需要知道这种方向,”澳大利亚斯威本科技大学的Adam Deller说。

在几个月的时间里,天文学家使用射电望远镜测量从爆炸中喷出的超高速物质射流的运动。 “我们使用这些测量结果和详细的流体动力学模拟来确定方向角,从而允许使用引力波来确定距离,”来自特拉维夫大学的Ehud Nakar说。

科学家表示,这项距离地球约1.3亿光年的事件的单次测量还不足以解决这种不确定性,但该技术现在可用于未来用引力波探测到的中子星合并。

普林斯顿大学的Kenta Hotokezaka说:“我们认为,利用引力波和射电望远镜可以观察到的另外15个此类事件可以解决这个问题。” “这将是我们理解宇宙最重要方面之一的重要进展,”他补充说。

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