安装在智利布兰科望远镜上的暗能量相机从中子星碰撞中拾取了天空中亮点的图像。UChicago，Argonne和Fermilab科学家是国际暗能量调查合作的成员。

二十年前，科学家们震惊地意识到我们的宇宙不仅在扩张，而且随着时间的推移它的膨胀速度越来越快。

在着名的天文学家和UChicago校友埃德温·哈勃之后，确切地说，确定的哈勃常数非常难以确定。从那时起，科学家们就用两种方法来计算价值，他们吐出了令人沮丧的不同结果。但去年令人惊讶地捕获了中子星碰撞引起的引力波，为计算哈勃常数提供了第三种方法。

这只是一次碰撞的单一数据点，但是在10月17日发表在“自然”杂志上的一篇新论文中，芝加哥大学的三位科学家估计，考虑到研究人员看到第一次中子星碰撞的速度有多快，他们可以非常精确地测量哈勃常数在五到十年内不变。

“哈勃常数告诉你宇宙的大小和年龄;自宇宙学诞生以来，它就是一个圣杯。用引力波计算这个可以给我们一个全新的宇宙视角，”研究作者丹尼尔霍尔兹说， UChicago物理学教授共同撰写了2017年发现的第一个这样的计算。“问题是：什么时候它变成了改变宇宙学的游戏?”

1929年，埃德温哈勃宣布基于他对银河系以外的星系的观察，他们似乎正在远离我们 - 离银河越远，它就越快退去。这是大爆炸理论的基石，它开始了近一个世纪以来对这种情况的准确率的搜索。

为了计算宇宙膨胀的速度，科学家们需要两个数字。一个是远方物体的距离;另一个是由于宇宙的膨胀，物体离我们的速度有多快。如果你可以用望远镜看到它，第二个数量相对容易确定，因为当你看到一颗遥远的恒星时你看到的光在它后退时会变成红色。天文学家一直在使用这个技巧来观察一个物体移动超过一个世纪的速度 - 就像多普勒效应一样，警报器在警报通过时会改变音调。

'计算中的主要问题'

但要精确测量距离要困难得多。传统上，天体物理学家使用了一种称为宇宙距离阶梯的技术，其中某些可变恒星和超新星的亮度可用于建立一系列与所讨论物体相关的比较。霍尔兹说：“问题在于，如果你在表面下方划伤，那么有很多步骤会有很多假设。”

也许用作标记的超新星不像想象的那样一致。也许我们误将某些类型的超新星误认为是其他超新星，或者我们测量到附近恒星的距离有一些未知的错误。“那里有很多复杂的天体物理学可以通过多种途径摒弃读数，”他说。

计算哈勃常数的另一个主要方法是观察宇宙微波背景 - 宇宙开始时产生的光脉冲，这仍然是微弱可探测的。虽然也很有用，但这种方法还依赖于宇宙如何运作的假设。

令人惊讶的是，尽管每次计算的科学家都对他们的结果充满信心，但他们并不匹配。有人说宇宙的膨胀速度比另一个快10%。“这是目前宇宙学中的一个主要问题，”该研究的第一作者，陈新宇说，当时他是UChicago的研究生，现在是哈佛大学黑洞计划的研究员。

然后LIGO探测器在去年两颗恒星碰撞的时空结构中拾取了他们的第一个波纹。这不仅震撼了天文台，而且震撼了天文学本身：能够感受到引力波，并用望远镜看到碰撞后果的光线，这给科学家带来了强大的新工具。“这有点像财富的尴尬，”霍尔兹说。

引力波提供了一种完全不同的方法来计算哈勃常数。当两颗巨大的恒星相互撞击时，它们会发出可以在地球上探测到的时空结构中的涟漪。通过测量该信号，科学家们可以获得碰撞恒星质量和能量的特征。当他们将这个读数与引力波的强度进行比较时，他们可以推断它有多远。

霍尔兹说，这种测量更清晰，对宇宙的假设更少，这应该使它更精确。与麻省理工学院的斯科特·休斯一起，他提出了在2005年用引力波和望远镜读数进行测量的想法。唯一的问题是科学家们多久能够捕获这些事件，以及它们的数据有多好。

'它只会变得更有趣'

该论文预测，一旦科学家从中子星碰撞中检测到25个读数，它们将以3%的准确度测量宇宙的膨胀。有200个读数，这个数字缩小到1%。

“当我们进入模拟时，这对我来说是一个惊喜，”陈说。“很明显，我们可以达到精确度，我们可以快速达到目标。”

科学家表示，无论答案如何，哈勃常数的精确新数字都会令人着迷。例如，其他两种方法不匹配的一个可能原因是重力本身可能随着时间的推移而发生变化。阅读也可能揭示暗能量，这是一种负责宇宙膨胀的神秘力量。

“由于我们去年看到的碰撞，我们很幸运 - 它离我们很近，因此找到和分析相对容易，”UChicago研究生Maya Fishbach和论文的另一位作者说。“未来的探测距离会更远，但是一旦我们得到下一代望远镜，我们就应该能够找到这些遥远探测器的对应物。”

LIGO探测器计划于2019年2月开始新的观测，并由VIRGO的意大利同行加入。由于升级，探测器的灵敏度将更高 - 扩大他们可以拾取的天文事件的数量和距离。

“这只会从这里变得更有趣，”霍尔兹说。

作者在芝加哥大学研究计算中心进行了计算。