作者:胡彬等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/5/12 18:06:26
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“LISA-太极”观测对哈勃常数的限制能力

不同双黑洞并合事件和不同观测方式下,引力波观测对哈勃常数的限制能力。

宇宙在膨胀。哈勃常数是刻画当前宇宙膨胀速度的重要参数。然而用不同方法测定的哈勃常数值却显示出严重的不一致性(大于4个标准偏差)。这就是所谓的“哈勃危机”,它不仅关系到哈勃常数本身,也威胁着常数背后的物理学理论。与传统的电磁波信号相比,引力波信号的产生和校准机制更加纯净,是测量哈勃常数的理想方式,可能为解决这场危机提供新思路。那么,用什么来观测引力波呢?除了LIGO等地面观测设施,国内外都在积极部署引力波的空间观测体系。欧美合作的LISA和中国的“太极”都计划在2030-2035年左右发射升空,在太阳轨道上探测引力波。而我国学者此前提出,利用“LISA-太极”空间引力波探测网络,可以实现引力波源的快速和准确定位。

近日,研究者在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表研究论文,细致分析了“LISA-太极”引力波联合探测网络对哈勃常数的限制能力,认为在未来联网观测的5年内,有希望至少找到一个限制精度优于1%的事例,对解决“哈勃危机”具有重要意义。作者发现,引力波对哈勃常数的限制能力受到多种因素的影响,包括双黑洞并合事件中的红移和质量,以及观测方法的差异—是使用“LISA-太极”联网观测,还是单独使用太极进行观测。作者通过引力波测量误差来确定空间定位区域,结合模拟的星表,从而寻找宿主星系并得到红移信息。通过贝叶斯方法,作者估计了哈勃常数的后验分布。结果发现“Lisa-太极”引力波联网观测能够大幅度提高引力波事例的空间定位能力,因此可以大大提高对哈勃常数的限制结果。

作者还预言了针对不同黑洞形成模型,双黑洞并合事件分别由联网观测和太极单独观测1年、3年、5年的平均事件率。计算表明,对于不考虑时间延迟的重黑洞种子模型,观测5年,哈勃参数限制精度能达到1%的平均事件率为0.9;在95%置信区间内,事件率能超过1。因此可以相信,在未来联网观测5年内,有希望至少找到一个限制精度优于1%的事例,这对解决“哈勃危机”具有重要意义。该研究成果清晰地给出了利用不依赖于引力波电磁对应体的“暗汽笛”方法,“LISA-太极”引力波联合探测网络限制哈勃常数的能力,显示了未来空间引力波探测计划对确定哈勃常数的重要科学意义。

该工作得到了来自国家自然科学基金委、科技部和科学院相关项目的资助。论文作者包括北京师范大学天文系博士生王仁杰、教授胡彬,深圳技术大学助理教授杨青,中国科学院理论物理研究所博士生阮文洪、研究员郭宗宽、蔡荣根。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab054

 
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