东北大学张鑫团队在天文学顶刊Astrophysical Journal Letters上发表最新研究成果

 5月29日，东北大学理学院张鑫教授团队在天文学顶级期刊Astrophysical Journal Letters上发表了最新研究成果，首次利用引力波标准汽笛的实测数据为强引力透镜时间延迟系统进行距离校准，进而以宇宙学模型无关的方式测量了哈勃常数。东北大学理学院博士研究生宋佶瑜为论文第一作者，祁景钊副教授与张鑫教授为共同通讯作者。

 哈勃常数描述了当前宇宙的膨胀速率，其精确测定对研究宇宙的演化和基础物理规律具有重要意义。近年来，基于宇宙微波背景辐射（CMB）观测与近邻宇宙距离阶梯方法测得的哈勃常数值之间存在超过 5σ 的显著差异，已引发了新的宇宙学危机，被称为“哈勃危机”。测量的不一致性可能暗示着超出标准宇宙学模型的新物理，也可能源于测量中尚未探明的系统误差。为探究“哈勃危机”的根源，张鑫团队创新性地利用 LIGO-Virgo-KAGRA 探测网络观测到的 47 例引力波标准汽笛事件，对强引力透镜时间延迟系统 RXJ1131-1231进行了距离校准，从而通过距离求和关系对哈勃常数给出了新的、不依赖于宇宙学模型的测量值。

 在假设宇宙空间平直的情况下，研究团队测量的哈勃常数值约为73.22 km/s/Mpc，偏向于距离阶梯的结果。此外，团队还分析了测量结果对推断透镜体星系质量分布方法的依赖性。结果表明，当基于透镜体星系的动力学信息进行推断时，哈勃常数测量值变小，但两个结果的偏离仍然在1σ范围内。

 该项研究的另一个重大创新在于，首次使用引力波“暗汽笛”（无电磁对应体的引力波事件）校准强透镜系统中的距离。与依赖电磁对应体观测的“亮汽笛”事件相比，“暗汽笛”通常为质量更大的双黑洞并合事件，能够覆盖更高红移区间，因此更适合对高红移透镜系统进行校准。研究发现，使用 42 个双黑洞事件与强透镜系统 RXJ1131-1231 联合限制得到的哈勃常数值，比单独使用“亮汽笛”事件 GW170817 ，精度提高了约 40%。这意味着，在未来，随着更多高红移“暗汽笛”事件的累积以及更多强透镜时间延迟系统的加入，该方法有望实现对哈勃常数的不依赖宇宙学模型的高精度测量，为破解“哈勃危机”开辟全新途径。

 该项研究由国家重点研发计划SKA专项项目、国家自然科学基金项目、载人航天工程空间站巡天望远镜CSST项目和引智计划111项目共同资助。辽宁省宇宙学与天体物理重点实验室、中国科学院理论物理研究所–东北大学彭桓武科教合作中心、工业智能与系统优化国家级前沿科学中心、智能工业数据解析与优化教育部重点实验室也对张鑫教授团队的研究给予了大力支持。

 论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/add999