引力波领域
的最新发现使一切欣喜若狂。 欧洲合作伙伴VIRGO最近加入的LIGO天文台以前曾观测到合并黑洞的引力波。 这很酷,但看起来也很寂寞-黑洞是黑色的,因此我们只能观察到它们中的引力波,其他几乎没有。 由于我们目前用于检测引力波的天文台不能很好地确定天空中源的位置,因此我们甚至无法分辨发生在哪个星系中,例如发生了记录的事件。
但是,在天文学时代开始之后,一切都发生了变化,能够立即检测到来自一个来源的引力和电磁辐射。 探测到的事件是两个中子星的合并,而不是黑洞,所有这些物质在一次巨大碰撞中汇聚在一起,同时以许多波长的辐射淹没了天空。
只要看看所有这些不同的天文台,所有这些电磁辐射的波长! 射电,红外线,光学,紫外线,X射线,伽玛射程-从天文角度来看,这是全光谱。
这一事件将产生许多先进的科学成就-例如,参见
这项工作 。 有些人对此事件感到非常兴奋,因为该事件产生了大量的黄金,质量比地球大几倍。 但这是我的博客,所以我将介绍与我有关的这次活动的一个方面:使用“标准警报器”测量宇宙的膨胀。
我们已经非常擅长使用
天文学中的距离尺度来测量宇宙的膨胀。 其中,逐步测量距离,首先是确定到最近恒星的距离,然后再过渡到更远的星团,依此类推。 它运作良好,但当然容易在此过程中累积错误。 新型的引力波观测为我们提供了其他一些东西,使您可以跳过整个距离范围,并
独立测量到宇宙物体
的距离 。
同时观测重力波和电磁波是该思想的关键部分。 您正在尝试比较两件事:到对象的距离以及它离开您的视在速度。 通常情况下,一切都是简单的,而且速度很快:您可以测量光的红移,这很容易与物体的电磁光谱有关。 但是仅靠重力波是无法做到的–光谱中没有足够的结构来测量红移。 因此,中子星的爆炸对我们非常重要。 对于GW170817,我们首次能够确定遥远的引力波源的精确红移。
测量距离是一个困难的时刻,在这里引力波为我们提供了一种新技术。 通常公认的策略是定义“标准蜡烛”,即可以针对其固有亮度得出合理结论的对象。 通过将其与观察到的亮度进行比较,可以计算出距离。 例如,天文学家使用Ia型超新星发现了宇宙加速膨胀的过程。
引力波不能提供标准的蜡烛-每个物体都有其自身的内部引力“亮度”(辐射能的量)。 但是,通过研究光源是如何演化的-两个快速成螺旋形运动的物体的引力波的特征线性频率调制,人们就可以计算出它们的整体亮度。 这是GW170817的LFM,与我们发现的其他来源相比-更多数据,几乎是一分钟!
现在我们有了距离和红移,而没有任何距离尺度! 由于许多原因,这一点很重要。 例如,一种独立的测量宇宙距离的方法将使我们能够测量暗物质的性质。 您还可能听说过测量哈勃常数的不同方法之间的差异,这意味着有人犯了一个小错误,或者我们对宇宙的看法在某种程度上非常错误。 采用独立的方法来验证您的计算将有助于我们解决这一问题。 尽管有相当大的误差(+ 12,-8 km / s / Mpc),但仅从单个事件中就可以得出哈伯常数为70 km / s / Mpc的结论。 但是随着收集其他数据的准确性将会提高。
这是我在这个故事中扮演的微小角色。 贝尔纳·舒茨(Bernard Schutz)早在1986年就提出了使用重力波源作为标准警报器的想法。 但是从那以后,它就经过了认真的重新设计,特别是由我的朋友Daniel Holtz和Scott Hughes进行了重新设计。 丹尼尔(Daniel)在很多年前就告诉了我这个想法,他和斯科特(Scott)撰写了有关该主题的第一批作品之一。 我立即说:“您只需将这些称为“标准警报器”即可。 因此,一个有用的名称诞生了。
不幸的是,我的加州理工学院同事Sterl Finney在同一时间为我提供了相同的名称,如“谢谢”部分所述。 但这没什么; 当贡献如此之小时,将其划分是可惜的。
但是,能够进行这一观察的物理学家和天文学家以及许多对这一问题的理论理解做出贡献的其他人的功绩确实是非常重要的。 祝贺所有发现新方法来研究宇宙的辛勤工作的人。
肖恩·迈克尔·卡洛尔(Sean Michael Carroll)是一位美国宇宙学家,专门研究暗能量和广义相对论。