精确测量哈勃常数（描述宇宙膨胀速度的值）几十年来一直困扰着科学家。确定这个数值将平息天文学家之间长期存在的争论，并使我们离理解宇宙的演化和命运更近一步。现在，研究人员已经利用最近探测到的引力波，提出了确定该常数的全新方法的概念验证。
到目前为止，天文学家已经采取两种方法来计算常数值。一种方法使用已知亮度的天体，称为标准烛光，例如造父变星。造父变星的光会以规则的间隔波动，并且间隔与其发出的光度有关。天文学家通过从波动率推导出恒星的实际亮度，并将其与地球观测者看到的亮度进行比较，来确定其距离。然后，科学家们测量相同天体的红移——也就是说，它们的光向电磁光谱的红色端移动了多少。红移发生在光源远离观测者时；从它发出的光波会被拉伸。这类似于汽车喇叭的声音在车辆驶离时音调下降的方式。通过测量遥远恒星的红移，天文学家可以计算出它远离地球的速度。当他们将这些信息与其距离结合起来时，他们就获得了哈勃常数的值。
第二种计算空间膨胀率的技术依赖于宇宙微波背景（CMB），这是大爆炸遗留下来的幽灵般的辐射，弥漫在深空中。来自普朗克空间望远镜的CMB温度变化的精确测量，当插入到大爆炸宇宙学的标准模型中时，允许天文学家推导出常数。
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问题是，从这些方法获得的值并不一致——宇宙学家称之为“张力”的差异。来自红移的计算将该数值定在约 73（单位为公里/秒/百万秒差距）；CMB 估计值更接近 68。大多数研究人员最初认为这种分歧可能是由于测量误差（在天体物理学家中称为“系统误差”）造成的。但是，尽管经过多年的调查，科学家们仍然找不到足以解释这种差距的误差来源。
一个更令人兴奋的可能性是，这种张力反映了普朗克所观察到的距离，即遥远的早期宇宙，与标准烛光方法，即附近的近期宇宙的哈勃常数之间的真实差异。当然，科学家们已经知道宇宙的膨胀正在加速——尽管他们不确切知道原因，并将这个神秘的原因命名为“暗能量”。
但是，即使考虑到已知的加速，这种张力也表明暗能量可能正在发生一些奇怪的事情，导致哈勃常数发生如此大的偏差。它表明，宇宙大爆炸之后的宇宙时期（CMB 会反映出来）的膨胀率与宇宙学家目前认为的截然不同。如果暗能量异常不是罪魁祸首，那么可能是某些未知的粒子，例如尚未发现的中微子风味（几乎没有质量的粒子，弥漫在宇宙中），正在影响计算。“这种张力可以隐藏我们对宇宙描述的解决方案——它的演化，其中存在的能量来源，” 法国 CEA Saclay 的天体物理学家和研究工程师 Valeria Pettorino 说，她没有参与这项研究。“实际上，这决定了我们宇宙的过去、现在和未来，无论它是否会永远膨胀，是否会重新坍缩和反弹。”
时空中的波
现在，研究人员利用来自两个黑洞合并的引力波信号和来自有史以来最雄心勃勃的巡天项目之一的红移数据，开发了一种全新的计算哈勃常数的方法。他们在提交给《天体物理学杂志通讯》的一项研究中描述了这种方法，并于 1 月 6 日发布在预印本网站 arXiv 上。在其中，他们报告该常数值为 75.2，尽管误差幅度很大（+39.5, –32.4，这意味着实际数字可能高达 114.7 或低至 42.8）。这种巨大的不确定性反映了该计算来自单次测量的事实，因此目前尚无助于消除原始两种计算方法之间的张力。但作为概念验证，这项技术是开创性的。只有另一项测量（来自 2017 年 10 月）曾尝试使用引力波计算哈勃常数。科学家们希望未来的引力波探测将帮助他们提高计算的精度。
引力波是时空结构中的涟漪。爱因斯坦的广义相对论在 1915 年预测了它们的存在，天文学家一直在寻找探测它们的方法。毫不奇怪，大质量天体的碰撞会产生显著的引力波飞溅。1986 年，物理学家伯纳德·舒茨首次提出，这些所谓的双星系统可以用来确定哈勃常数。他认为天文台很可能在不久的将来探测到它们；事实上，天文台花了将近 30 年才看到这些信号。
路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉引力波天文台 (LIGO) 于 2015 年 9 月首次探测到引力波，此后与欧洲的对应机构 Virgo 一起，又观测到不到十几个事件。这些实验寻找由经过的引力波引起的时空中微小的变化。
标准警笛
来自两个黑洞合并的引力波爆发是计算哈勃常数的新方法的一部分。与标准烛光非常相似，双黑洞系统会振荡。当它们螺旋式地相互靠近时，它们喷出的引力波的频率会以与系统大小相关的速率变化。由此，天文学家推导出波的内在振幅。通过将其与它们的视振幅进行比较（类似于将造父变星的实际亮度与其视亮度进行比较），他们计算出系统有多远。天文学家称之为“标准警笛”。测得的这次特定碰撞的距离约为 540 百万秒差距，或距地球约 18 亿光年。
相关的红移，例如警笛主星系的红移，提供了新方法的第二部分。研究人员使用了暗能量巡天的红移数据，该巡天刚刚完成对南半球天空一部分的比以往任何巡天更广泛和更深入的测绘。红移数据与距离测量相结合，为研究人员提供了新的常数值。
费米实验室的研究助理、该研究的合著者安东内拉·帕尔梅塞说，该方法之所以有希望，部分原因是黑洞合并相对丰富。她说，虽然这仍然是一个概念验证，但随着 LIGO/VIRGO 提供的引力事件越来越多，统计数据将会改善。牛津大学天文学家 Elisa Chisari（未参与该研究）对此表示赞同。“他们获得的关于哈勃率的约束水平目前与其他测量相比没有竞争力，”她说。“但是，随着 LIGO 在未来几年建立其引力波事件目录，通过结合多个事件，这确实将成为一种有竞争力的方法。”