探秘宇宙膨胀速度:科学家利用引力波观测寻找答案

爱科学菌 2023-03-08 21:31:33

宇宙是一个广袤无垠的空间,它包含着无数的星系、恒星、行星和其他天体。宇宙的演化过程中,膨胀速度一直是一个非常重要的参数。那么,宇宙的膨胀速度到底有多快呢?科学家通过观测引力波,正试图找到答案。

宇宙的膨胀速度是指宇宙中各点之间的距离随时间的变化率,通常用哈勃常数(Hubble constant)来表示。哈勃常数的单位是千米每秒每兆秒(km/s/Mpc),意思是在每兆秒内,宇宙中的任何两个物体之间的距离会以多少公里/秒的速度增加。目前哈勃常数的测量值约为 73.3 ± 1.7 km/s/Mpc。也就是说,在每兆秒内,宇宙中任意两个点之间的距离会以 73.3 ± 1.7 公里/秒的速度增加。

然而,哈勃常数的测量并不是一件简单的事情。科学家们使用多种方法来测量宇宙的膨胀速度,其中包括观测宇宙微波背景辐射、测量超新星爆发的距离、测量引力透镜效应等等。这些方法都有其局限性,而且不同方法得出的哈勃常数的值有所不同。因此,精确测量宇宙的膨胀速度是一个复杂而困难的问题。

最近,科学家们开始使用引力波来测量宇宙的膨胀速度。引力波是爆炸或碰撞等事件引起的时空扭曲,在 2015 年首次被直接探测到。引力波可以通过多个探测器测量到,因为引力波在不同的探测器中的到达时间和振幅略有差异。通过分析这些数据,科学家可以推断引力波产生的距离和质量,从而测量宇宙的膨胀速度。

目前,科学家正在计划建立更多的引力波探测器,以便更精确地测量宇宙的膨胀速度。例如,欧洲空间局正在计划建立一组名为“欧空局引力波观测”(LISA)的引力波探测器。LISA 由三个探测器组成,它们将在未来十年内发射到太空中。LISA 的设计旨在能够探测到低频率的引力波信号,这些信号是地面探测器无法捕捉到的。这些低频率信号的来源可能是融合的超大质量黑洞,或者是宇宙起源时期的宇宙膨胀。

除了欧洲空间局的计划,美国国家航空航天局也正在计划建立一组名为“宇宙引力波望远镜”(COSMIC)的引力波探测器。COSMIC 将使用激光干涉技术,可以探测到更高频率的引力波信号。COSMIC 探测器的主要目标是探测到融合的双黑洞和双中子星事件。

通过这些引力波探测器,科学家们将能够更加精确地测量宇宙的膨胀速度,并进一步了解宇宙的演化和结构。这些研究还可以帮助我们更好地理解暗能量和暗物质的本质,这是目前宇宙学中仍然存在很多谜题的领域。

引力波是一种重要的天文现象,它们不仅帮助我们验证了爱因斯坦的广义相对论,也可以用于研究宇宙的演化和结构。

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