引力波测量哈勃常数

引力波为哈勃常数提供了一个新值

哈勃常数决定了宇宙膨胀的速度，根据宇宙微波背景数据估计为67 km/s/Mpc，根据超新星观测为73 km/s/Mpc。这种差异被称为哈勃张力，已经持续了大约十年。一项新研究利用黑洞并合产生的引力波进行独立估计：69.9 km/s/Mpc，随着更多数据积累，不确定性正在减少。

引力波源于致密天体的并合，由LIGO、Virgo和KAGRA探测器检测。这些信号包含源距离的直接信息——它们被称为“标准警笛”，类似于电磁天文学中的“标准烛光”。

“暗警笛”分析方法

大多数引力波事件缺乏电磁对应体，这使得宿主星系识别变得复杂。研究人员采用统计方法：

• 收集了17个定位良好的事件。
• 整合了深场星系巡天的资料。
• 使用机器学习计算概率距离分布。

结果：H_0 = 69.9 ± 3.7 km/s/Mpc（68%置信区间）。该值位于宇宙微波背景和超新星估计的中间位置，提升了对该方法的信心。

探测器捕获并合阶段和振铃调制，这些信息编码了光度和距离。对于“暗警笛”，研究人员使用星系目录和贝叶斯推断来补偿缺乏光学对应体的情况。

宇宙膨胀的物理背景

哈勃常数经历了演化：在早期宇宙，物质主导导致膨胀减速；大约50亿年前，暗能量引发了加速。不同测量方法探测不同时期：

• 宇宙微波背景（Planck）：早期宇宙，通过ΛCDM模型外推。
• Ia型超新星：局部宇宙（z < 0.1）。
• 引力波：中间红移（z ~ 0.01–0.2）。

这种差异指向可能的系统误差或ΛCDM模型的偏差：演化的暗能量、早期宇宙的新粒子，或修正引力理论。

要点

• 独立通道：引力波利用时空结构，最大限度减少尘埃或恒星演化偏差。
• 中间值：69.9 km/s/Mpc 在误差范围内与两种方法一致。
• 降低不确定性：未来探测器（LIGO A+、Einstein Telescope）将提供<1%精度的H_0。
• 对ΛCDM的影响：分歧可能预示标准模型之外的新物理。
• 统计能力：机器学习可将分析扩展到数千个事件。

未来测量的前景

自2015年以来，已探测到90多次并合。预计2030年代将有数千次。电磁波后续观测（例如中子星）可校准警笛。多信使天文学将引力波与电磁波结合，实现精确宇宙学。

解决张力的潜力正在增强：如果引力波确认了这种分歧，则需要重新审视宇宙学参数。当前值突显了多样化方法的重要性。

— Editorial Team