引力波成解謎新利器！科學家提出第三種方法測量宇宙膨脹速度

記者林育如／編譯

宇宙究竟膨脹得多快？這個困擾科學界多年的重大難題，可能出現新的突破方向。美國伊利諾大學厄巴納—香檳分校（University of Illinois Urbana-Champaign）與芝加哥大學（University of Chicago）研究團隊提出創新方法，利用「引力波背景」來測量宇宙膨脹速率，為化解長期存在的「哈勃張力」帶來新的希望。

1998年，天文學家發現宇宙不僅在膨脹，而且膨脹速度還在加快，「暗能量」因此被提出來解釋這股未知力量。然而，更大的問題隨之而來：不同測量方式得出的宇宙膨脹速率——也就是哈勃常數——始終無法一致。利用近代宇宙中的Ia型超新星測得的數值偏高；而根據早期宇宙觀測資料與宇宙學模型推算出的結果則偏低。這種差距被稱為「哈勃張力」，至今仍無定論。

為尋找第三種獨立驗證方式，研究團隊將目光轉向引力波。早在1915年，愛因斯坦在廣義相對論中預言，當巨大天體劇烈運動時，會在時空中產生漣漪。直到2015年，美國的LIGO首次偵測到來自黑洞合併的引力波，證實這項百年預言。隨後，與歐洲的Virgo及日本的KAGRA合作，科學家已記錄多起黑洞與中子星碰撞事件。

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過去雖曾嘗試利用單一引力波事件測量哈勃常數，但精準度有限。這次研究提出的「隨機警笛法」（stochastic siren method），則改以分析無數遙遠黑洞碰撞所形成的微弱「引力波背景」——可視為宇宙深處持續存在的低頻震動。

研究指出，若宇宙膨脹速度較慢，可供天體碰撞的宇宙體積較小，碰撞密度會提高，引力波背景訊號也會較強；反之，若觀測不到明顯背景，則可能意味膨脹速率較快。雖然目前探測器靈敏度尚未直接偵測到完整的引力波背景，但團隊已利用既有資料進行分析，成功排除過低的膨脹速率區間。

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這項成果已刊登於國際期刊《Physical Review Letters》。研究人員表示，未來數年隨著探測技術持續提升，有望直接測得引力波背景，進一步縮小哈勃常數的不確定範圍，為宇宙膨脹之謎提供更清晰答案。

專家指出，這項方法最大的意義在於提供一條全新的測量路徑。若未來結果與現有方法趨於一致，將有助釐清哈勃張力的來源；若仍出現差異，則可能暗示宇宙學理論仍存在未解之處。無論結果如何，來自宇宙深處的「時空漣漪」，正為人類理解宇宙打開另一扇窗。

資料來源：Space.com、ScienceDaily