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科學家使用引力波來測量宇宙

8月
05
2018

2018年8月05日18時 今日科學 博科園

博科園

博科園-科學科普在過去的兩年里,來自至少5個來源的引力波的直接探測,為愛因斯坦的重力和時空模型提供了驚人的證實。對這些事件的建模也提供了關於大質量恆星形成、伽馬暴、中子星特性的信息,以及(第一次)驗證了關於如何產生非常重的元素(如黃金)的理論觀點。

天文學家現在使用了一個單一的引力波事件(GW170817)來測量宇宙的年齡。CfA的天文學家彼得·布蘭查德Tarreneh

Eftekhari,維多利亞道,和彼得·威廉士是一個團隊的成員來自世界各地的1314名科學家導致引力波的探測從一合併的雙中子星,其次是伽馬射線的探測,然後確定災難的起源在銀河系中源NGC4993發現在各種時間延遲拍攝的圖像從x射線波段。

NGC4993銀河承載著重力波事件GW170817,它被用來測量宇宙的年齡。事件的來源是星系中心左上方的紅點,它不在早期的圖像中。圖片版權:NASA and ESA

從這個事件的引力波分析推斷出它們內在的力量。所觀察到的強度更小,暗示(因為強度隨著距離的增加而減小),源距離約1.4億光年。NGC4993,它的宿主星系,有一個向外的速度,因為宇宙的膨脹可以通過它的譜線來測量。知道距離有多遠,以及星系從我們這裡移動的速度,科學家們可以計算出宇宙膨脹開始的時間——宇宙的年齡:在實驗不確定的情況下,大約在11.9到157億年之間。

從這一單一事件中得出的年齡與數十年的觀測結果一致,這些觀測依賴於使用另外兩種來源的統計方法:宇宙微波背景輻射(CMBR)和星系運動。前者依賴於在大爆炸後約40萬年的時間裡,對光線的微弱分布進行映射;後者涉及到最近幾次中成千上萬個星系的距離和運動的統計分析。這一單一的重力波事件能夠決定宇宙的年齡,這是很了不起的,而且在每一次重力波探測中都是不可能的。在這種情況下,有一種光源的光學識別(以便測量速度),光源既不太遙遠也不太微弱。對於所有類型的引力波事件的大量統計樣本,當前的年齡範圍將會縮小。

這個新結果的耐人尋味還有另一個原因。雖然CMBR和星系測量都是非常精確的,但它們似乎在大約10%的水平上存在分歧。這種分歧可能只是觀察誤差,但一些天文學家懷疑這可能是一個真正的區別反映目前缺少某樣東西從我們的宇宙膨脹過程的照片,或許與這一事實有關宇宙微波背景輻射來自截然不同的時代的宇宙時間比銀河系的數據。第三種方法,引力波事件,可能有助於解開謎團。

知識:科學無國界,博科園-科學科普

參考:《Nature》

內容:「博科園」判定符合今主流科學

來自:哈佛史密森天體物理中心

編譯:中子星

審校:博科園

解答:本文知識疑問可於評論區留言

傳播:博科園


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