一场灾难性的太空碰撞为天文学最大的僵局提供了新线索

除了黑洞之外，中子星——密度极高的恒星残骸——是宇宙中密度最大的天体。当中子星碰撞时，它们会在时空里激起涟漪，我们在地球上可以探测到这些涟漪。

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然后我们可以利用这些涟漪来测量宇宙最基本却又难以捉摸的特性之一：宇宙膨胀得有多快。这被称为哈勃常数，科学家们已经研究并争论了几十年。

近年来，争论愈演愈烈。使用不同方法的科学家得出的结论始终不一致。这个日益严重的问题被称为“哈勃张力”，已成为现代宇宙学中最大的挑战之一。

在一项发表于《天体物理学杂志》的研究中，我们提出了一种新思路，试图锁定哈勃常数。为此，我们重新分析了两个中子星剧烈碰撞产生的引力波。

我们相信，我们的结果是迄今为止用引力波方法测得的最精确的哈勃常数。

为什么我们需要哈勃常数？

了解宇宙膨胀的速度对天文学家来说至关重要。它为我们的测量提供了宇宙尺度的基准，让我们能够确定天体的真实距离和大小。更深远地说，它告诉我们宇宙如何诞生，又将如何终结。

鉴于其重要性，科学家们一直在尝试用多种方法来测量哈勃常数。根据宇宙演化的标准理论，所有方法都应得出相同的结果。

多年来，各种方法得出的结果大体上是一致的，但误差范围较大。在过去的几十年里，天文学家在提高精度和减少不确定性方面取得了巨大进步。

一些团队利用来自宇宙大爆炸的遗留光线实现了精确测量。这种方法被称为“遥远宇宙”测量法，因为光线几乎旅行了和宇宙年龄一样长的时间才到达我们这里。

其他团队则利用来自更近物体的光，如脉动恒星和超新星，来进行精确测量。这些被称为“邻近宇宙”测量。

令人震惊的是，这两组高精度测量结果差距非常大。遥远宇宙的测量将哈勃常数定为67–68公里/秒每百万秒差距（百万秒差距是一个极大的天文距离单位，相当于326万光年）。而邻近宇宙的结果更高——大约72–74公里/秒每百万秒差距。

这就是所谓的“哈勃张力”。

这意味着什么？会不会是其中一种或两种方法出了问题？尽管大家反复仔细检查过，却没有人发现任何错误。又或者，我们对宇宙如何演化的理解可能遗漏了某些根本性的东西，需要靠“新物理学”来解答。

为了解决这场宇宙学争论，大家都在争相寻找新的、独立的测量哈勃常数的方法。

引力波登场

引力波提供了一种完全独立的途径，可以用来测量宇宙的膨胀。这些巨大的涟漪出现在时空结构中，是极端致密的天体——比如黑洞——碰撞时产生的。

中子星是恒星爆炸成为超新星后留下的致密残骸，但质量又不够大，之后没能坍缩成黑洞。人类首次探测到的引力波，来自十多年前的一次黑洞碰撞。

2017年，科学家又创造了一个里程碑——他们探测到了来自中子星碰撞的引力波，编号为GW170817。与黑洞碰撞不同，这次碰撞产生了光辐射，让天文学家得以确认它发生在哪个邻近星系。

通过将该信息与引力波信号相结合，研究人员就能直接根据爱因斯坦的引力理论，对哈勃常数做一次新的测量。问题解决了吗？很遗憾，并没有。这次测量的精度，还比不上那些导致哈勃张力争议的测量结果。

事实上，它的数值正好处于两种相互竞争的测量结果之间，令所有人倍感沮丧。

在过去九年里，天文学家一直在努力提升GW170817测量结果的精度。最佳结果来自利用全球射电望远镜网络追踪碰撞后的后续现象。当两颗中子星碰撞并合并时，它们喷射出一股超高速的带电粒子流。望远镜捕捉到了这股喷流余辉的运动和结构。

这些数据降低了不确定性，但测量结果仍然与哈勃张力两派的数值都吻合。

我们的发现

在我们的新研究中，我们在几个方面改进了之前的分析方法，包括更精细的模型、改进的统计技术以及对关键的不确定性来源做了细致的考量。

通过更详细地重新分析对合并余波极为精确的望远镜观测数据，我们发现早期研究中常用的那些模型很难跟数据吻合。

我们相信，由此得到了目前从GW170817获得的最准确的哈勃常数测量值：每百万秒差距61到70公里每秒。

有趣的是，我们的结果与遥远宇宙的测量数据更为吻合，而非与邻近宇宙的测量数据吻合——尽管我们的方法同样基于邻近宇宙的数据。

这表明，我们对宇宙的理解也许并没有什么问题。相反，这种分歧可能源于其他邻近宇宙测量方法中细微的校准问题。

我们的结果精度仍然只有领先的邻近宇宙测量结果的四分之一。我们需要探测更多的中子星碰撞，才能最终利用引力波解决哈勃张力。这类事件十分罕见，所以可能还得等上一阵子——但就目前而言，我们的研究为天文学界最大的难题之一提供了重要的新线索。

更多信息：Kelly Gourdji 等，Revisiting GW170817 at Milliarcsecond Scale: High-precision Constraints on Jet Geometry and H 0（重新审视GW170817的毫角秒尺度：喷流几何与H₀的高精度约束），The Astrophysical Journal（2026）。DOI: 10.3847/1538-4357/ae706c