宇宙从大爆炸（从左侧开始）到现代的膨胀示意图。图片来源：NASA
我们已知宇宙在扩张数十年来，人们一直知道宇宙在膨胀。科学家们使用多种技术测量当今宇宙的扩张速率，即哈勃常数。这些方法内部一致，且基于相同的物理原理，因此所有观测得到的哈勃常数值本应相互吻合。然而，来自早期宇宙数据集的测值与来自后期宇宙数据集的测值却存在差异。这个问题被称为哈勃张力（Hubble tension），被认为是宇宙学中最重要的未解之谜之一。
全新利用引力波计算哈勃常数的方法伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois Urbana‑Champaign）格兰杰工程学院（Grainger College of Engineering）以及芝加哥大学（University of Chicago）的天体物理学家、宇宙学家与物理学家团队开发了一种利用引力波——时空中的微小波纹——计算哈勃常数的新方法。研究人员改进了先前基于引力波测量哈勃常数的精度。随着未来观测引力波能力的提升，这一新方法可进一步提高哈勃常数的测定精度，帮助科学家更接近解决哈勃张力。
伊利诺伊大学物理学教授 Nicolás Yunes 评价：“这一结果非常重要——获得一个独立的哈勃常数测量值对解决当前的哈勃张力至关重要。我们的方式是利用引力波提升哈勃常数推断精度的创新方法。”Yunes 是伊利诺伊校园内 美国宇宙高级研究中心（ICASU） 的创始主任。
芝加哥大学物理与天体物理学教授、该研究的合著者 Daniel Holz 说：“我们没有每天都能得到全新的宇宙学工具。我们展示了通过使用遥远星系中合并黑洞产生的背景引力波嗡鸣，来了解宇宙的年龄与成分。这是一个令人兴奋、全新的方向，我们期待将方法应用于未来数据集，以帮助约束哈勃常数以及其他关键宇宙学量。”
团队成员与论文发表除 Yunes 与 Holz 外，团队还包括：
伊利诺伊物理系研究生 Bryce Cousins（NSF 研究生奖学金持有人，本文第一作者）
伊利诺伊物理系研究生 Kristen Schumacher（NSF 研究生奖学金持有人）
伊利诺伊物理系博士后研究员 Ka‑wai Adrian Chung
芝加哥大学博士后研究员 Colm Talbot 与 Thomas Callister（均为 Kavli 宇宙物理研究所博士后奖学金获得者）
论文已被 《Physical Review Letters》 接受，将于 3 月 11 日期刊发表；全文可即刻在 arXiv 预印本服务器上查阅。
哈勃常数的历史测量自 20 世纪早期以来，测定宇宙膨胀速率的各种方法大致可分为两类：电磁观测与引力波数据。
标准星灯法：利用已知属性的超新星（恒星死亡时的明亮爆炸）——既可计算其与地球的距离，又可直接测得其远离地球的速度。结合这两项信息即可得到宇宙的扩张速率。
引力波法：自 2015 年首次探测到引力波以来，新的测量手段得以实现。引力波是由黑洞或中子星等紧致天体的高能碰撞产生的时空波纹，类似于投石后在水面扩散的同心波。引力波以光速传播，最终可到达地球探测器。全球引力波探测网络由 LIGO‑Virgo‑KAGRA（LVK） 合作组运营，成员超过 2000 人。
利用引力波测定哈勃常数的思路通过引力波计算哈勃常数的思路类似于电磁波利用超新星的做法：利用“标准信标”方法可轻松获得黑洞合并事件的距离，但因宇宙膨胀导致合并点相对于地球的**径向速度（即再生速度）**无法直接测定。为用此技术计算哈勃常数，天文学家必须识别合并产生的光信号或找到其宿主星系。
理论上，这些不同技术应给出一致的哈勃常数值，然而现实并非如此。若哈勃张力无法解决，或许会揭示早期宇宙的全新物理。现有的众多解决方案均涉及修改早期宇宙的能量成分或行为，以解释扩张速率测量的差异，例如早期暗能量、暗能量与暗物质与中微子之间的相互作用等。
新型引力波背景方法测定哈勃常数在本研究中，Yunes、Cousins 与其合作者提出了一种创新方法，利用 LVK 网络尚未敏感到的引力波背景（stochastic background）来测定哈勃常数。
Cousins 解释说：“由于我们观察到单个黑洞碰撞事件，可推算全宇宙中此类碰撞发生的速率。基于这些速率，我们预期还有大量我们无法直接观测到的事件——这就是引力波背景。”
团队演示，若哈勃常数较低，导致碰撞发生的空间总体体积更小，从而物体碰撞密度更高。碰撞密度升高会增强引力波背景信号的强度，因此若背景未被检测到，可排除低哈勃常数值。
该团队将此方法命名为 随机信标法（stochastic siren method），强调组成背景的碰撞事件是随机出现的。
应用随机信标法检验 LVK 数据团队将随机信标法应用于当前 LVK 合作组的数据。作为概念验证，他们发现引力波背景的未检测即可提供对慢速宇宙扩张速率的排斥证据。随后，他们将随机信标法与单个黑洞碰撞得到的哈勃常数测量相结合，得到更准确的扩张速率。这证明该方法可行，并将哈勃常数的测值推入哈勃张力区间。
随着引力波探测器灵敏度提升，团队的方法可进一步改进哈勃常数测量。预计在未来六年内将检测到引力波背景；在此之前，随机信标法将随背景上限的提高，逐步约束更高的哈勃常数值，为不需完整检测的情况下仍可探测哈勃张力提供另一手段。
Cousins 表示：“随着灵敏度提升，进一步约束或甚至探测到背景，将为未来应用该方法铺路，并使我们更接近解决哈勃张力。”
勇编撰自论文"Stochastic Siren: Astrophysical gravitational-wave background measurements of the hubble constant".Physical Review Letters.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。