我國學者在尋找新的精確宇宙學探針方面取得新進展

　　2018-11-19 00:17

　　在國家自然科學基金項目（項目編號：11633001、11722324、11505008、11603003）等資助下，北京師範大學天文系朱宗宏教授領導的引力波與宇宙學團組成員李正祥副教授、高鶴教授、王國建博士與美國內華達大學拉斯維加斯分校張冰教授、武漢大學天體物理中心丁旭恆博士合作，提出利用強引力透鏡化的快速射電暴作為一種全新精確宇宙學探針。研究成果以「Strongly Lensed Repeating Fast Radio Bursts as Precision Probes of the Universe」（強引力透鏡化的快速射電暴作為精確的宇宙學探針）為題，於2018年9月20日在Nature Communications (《自然・通訊》)雜誌上發表。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06303-0。

　　上世紀二十年代，天文學家哈勃通過測量鄰近星系的退行速度和距離，發現它們存在非常完美的正比關係（比例係數即為哈勃常數），表明宇宙在膨脹。這一發現顛覆了人們對客觀世界的認識。在宇宙學中，哈勃常數是最基本和最重要的參數之一，因為它直接反映現階段宇宙的膨脹速率、可觀測宇宙尺度的大小及宇宙年齡。因此，對哈勃常數儘可能精確地測量是近一個世紀來天文學家們持續不斷的追求。隨著觀測手段日益豐富和技術不斷提高，使得人們對自身所處宇宙的研究進入了精確宇宙學時代。然而，不同測量方法（如宇宙微波背景輻射測量、超新星測量等）得到的結果在相當高的置信區間上不一致，亟需尋找另外一種獨立且具有和上述兩種主流測量方法精度相當的探針來對該問題提供第三方仲裁。

　　快速射電暴是天文學家近幾年發現的一種持續時間為毫秒量級且頻率為射電波段（～GHz）的劇烈爆發現象。當某一短時間的射電信號在傳播途中經過星系等天體周圍引力場時，會發生強引力透鏡效應，觀測者可能會看到同一個源的多個像，並且這些像到達觀測者的時間先後不同，這種時間延遲的大小可以用來測量哈勃常數。該研究團隊分析發現，和傳統的類星體強引力透鏡系統相比，強引力透鏡化的快速射電暴在精確測量哈勃常數方面有著非常大優勢，如果能找到10個左右強引力透鏡化的快速射電暴樣本，可以將哈勃常數的測量精度相比類星體系統提高3—5倍，即可以將哈勃常數的測量誤差降低到1%以下。這將為我們研究上述將精確宇宙學帶到關鍵十字路口的不一致性問題提供非常重要的幫助，並極大地提高我們對宇宙演化歷史以及暗能量、暗物質性質的探究能力。

　　作者：劉強 顏景志 高鶴