image: Averaged event number in 1-year, 3-year and 5-year observation time. view more
Credit: �Science China Press
哈勃常数是刻画当前宇宙膨胀速率的重要物理参数。近几年，来自于高红移宇宙微波背景辐射和星系巡天的重子声学振荡数据,与低红移的Ia型超新星数据分别给出哈勃常数，显示出严重的不一致性（大于4个标准偏差），被称作“哈勃危机”。该问题的重要意义不仅在于对哈勃参数本身测量精度的高低，更在于这种不一致性背后的根源。引力波作为观测宇宙的新窗口，可以对解决哈勃常数危机提供全新的思路。引力波信号相对于传统的电磁波信号而言，具有更为纯净的产生和校准机制，是测量哈勃常数的理想方式。 近日，由来自于北京师范大学天文系博士生王仁杰和教授胡彬，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，研究员郭宗宽和蔡荣根组成的研究团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表研究论文，通过对宇宙学尺度上的超大质量双黑洞系统产生的引力波波形信号的分析，利用不依赖于引力波电磁对应体的“暗汽笛”方法，针对“LISA-太极”引力波联合探测网络限制哈勃常数能力做了细致的分析。 研究表明：不同红移和质量的双黑洞并合事件在联网观测或太极单独观测对哈勃常数的限制能力不同。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。研究发现，“Lisa-太极”引力波联网观测由于能够大幅度地提高引力波事例的空间定位能力，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（见下图）。 计算表明：观测时间为5年，对于不考虑时间延迟的重黑洞种子模型，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，所以相信在未来联网观测5年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“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。
###
文章信息：
Hubble parameter estimation via dark sirens with the lisa-taiji network https://doi.org/10.1093/nsr/nwab054
Journal
National Science Review