利用引力波測量「哈勃常數」

mca

過去八十年，科學家不斷修正哈勃常數 Ho (當今宇宙的膨脹速率)，由 1930 年代的 Ho = 500 km/s per Mpc 改善到目前的 68 ~ 74 左右，見附圖，不過仍存在一些不明因素。不明原因是以測量造父變星、Ia 型超新星或引力透鏡所得的 Ho 總是傾向 70+上值，用宇宙微波背景測量結果的 Ho 總是傾向 68 下值。有些人說出現兩種傾向是由於測量取樣問題，那些造父變星、Ia 超新星和引力透鏡都是在局部宇宙的天體，宇宙微波背景卻是充滿大尺度宇宙的電磁波遺跡。有些人認為現在流行的 λCDM (Lambda-Cold Dark Matter) 宇宙模型還未完善…. Something is still missing !

不久前，LIGO 以新發現的引力波 GW170817 來推算 Ho。 GW170817 是來自 NGC 4993 星系一對中子星併合的引力波。以前 LIGO 發現的黑洞併合也有引力波，但沒有電磁波 (黑洞引力使任何電磁波不能外洩)，因此未能準確定出源頭的天空位置，不過這次 GW170817 的源頭是中子星併合，併合時觸發的伽傌射線短暴 (Short GRB) 在收到引力波後兩秒便被 Fermi 太空望遠鏡捕獲了 (這證明引力波以光速傳播)，伽傌射線短暴之後更觀測到 kilonova 對應體的 UV-可見光-紅外線光譜 (這又說明金鉑等重元素產自中子星併合)、X 射線及射電餘輝，所以 LIGO 今次的收獲相當豐富，於是 LIGO 利用所知的觀測資料來推算 Ho，得出 Ho = 70 km/s per Mpc 加減 2σ。 2σ 是頗大的不明確值，原因是用引力波方法測量 Ho 仍屬起步階段，相信日後技術成熟一定可以使不明確值大減。

那麼，Ho = 70 代表甚麼意義呢 ----- 它說明用新的引力波方法的確可以測出與傳統 (電磁波) 方法一致的哈勃常數，電磁波+引力波的協力可以互相印證現時發展中的宇宙模型 (現時模型中所謂的暗物質，其本質仍未明白，宇宙暴脹、原始引力波等假設仍未有佐證。)

原報導  https://www.ligo.org/science/Publication-GW170817Hubble/