近日，东北大学张鑫教授团队首次对未来的多波段引力波标准汽笛观测的宇宙学参数限制能力进行了预测分析。相关研究成果以“Joint constraints on cosmological parameters using future multi-band gravitational wave standard siren observations”为题以封面文章的形式发表于《中国物理C》2023年第6期。该项研究通过模拟地面探测、空间探测和脉冲星计时阵列探测三个波段的引力波标准汽笛事件，发现未来多波段引力波标准汽笛观测有望在精确测量哈勃常数以及探索暗能量本质等方面发挥重要作用。
哈勃常数刻画宇宙当前的膨胀速率，是宇宙学的关键参数之一，对于理解宇宙的演化、确定宇宙年龄和绝对尺度以及精确检验宇宙学模型等都至关重要。但近十年来，一个重要的疑难问题也逐渐浮出水面，就是利用早期宇宙观测和晚期宇宙观测得到的哈勃常数的值对不上，二者出现了极为显著的不一致性，该情况已经被广泛认为引发了新的宇宙学危机，被人们称为“哈勃危机”。

图：未来多波段引力波标准汽笛数据可以精确测量哈勃常数（精度0.5%）；多波段引力波标准汽笛可以打破CMB的参数简并，两者结合可以极大地提高宇宙学参数测量精度。

另一方面，我们对导致宇宙加速膨胀的暗能量的本质属性仍不清楚。对暗能量状态方程参数（暗能量压强与密度的比值）进行精确测量是帮助解决这一重大科学难题的首要手段。
通过多波段引力波标准汽笛观测对宇宙学参数进行联合限制，该项研究发现，未来多波段引力波标准汽笛观测有望精确测量哈勃常数（精度为0.5%），但是无法独立地精确测量暗能量状态方程参数（精度为10%）。这意味着未来的多波段引力波标准汽笛观测在解决“哈勃危机”方面将发挥重要作用。同时，未来多波段引力波标准汽笛观测可以有效打破CMB的参数简并，二者联合对暗能量状态方程参数进行测量，其精度有望达到2.8%，与当前主流观测所给出的最佳限制精度相当。尽管多波段引力波标准汽笛观测无法单独精确测量暗能量，但与电磁观测的联合限制有望帮助我们深入探索暗能量的本质。
该项研究揭示了未来多波段引力波标准汽笛观测在宇宙学参数限制方面的潜在价值。论文第一作者为博士生金上捷，通讯作者为张鑫教授。该项研究由国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目资助。辽宁省宇宙学与天体物理重点实验室、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团队的相关研究给予了大力支持。
据悉：《中国物理C》杂志为高能物理与核物理领域最具有影响力的学术期刊之一，入选中国科技期刊卓越行动计划“重点期刊”，创办于1977年，由中国物理学会主办，中国科学院高能物理研究所与中国科学院近代物理研究所承办。中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳担任期刊主编。

论文链接：“Joint constraints on cosmological parameters using future multi-band gravitational wave standard siren observations”, Shang-Jie Jin, Shuang-Shuang Xing, Yue Shao, Jing-Fei Zhang, Xin Zhang, Chin.Phys.C 47 (2023) 065104
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/acc8be
点击查看该封面论文的解读文章：
https://mp.weixin.qq.com/s/WxkvQrpDjONOurvfeNaCYA
https://www.cpsjournals.cn/index/news/detail/47007