1929 年，天文學家發現星係正在遠離我們和彼此。他們將這一觀測結果解釋為宇宙正在膨脹。然而，當他們測量宇宙膨脹的速度時，卻用不同的方法得到了不同的答案，這種差異令他們如鯁在喉。班加羅爾國際理論科學中心的蘇維克-賈納領導的研究小組提出了一個潛在的解決方案。他們的論文最近發表在《物理評論快報》上，被作為編輯建議重點推薦。

解決方案的關鍵在於研究引力波，即天文學家於2015 年首次探測到的時空漣漪。研究小組研究了引力本身如何影響引力波。

當一對黑洞在宇宙舞蹈中合併成一個黑洞時，它們會發出引力波。當它們到達地球時，千米長的探測器幫助科學家研究黑洞對的特性。佔據黑洞和地球之間空間的巨大星系改變了這些時空漣漪的路徑，導致探測器記錄到多份相同的波。天文學家稱這種現象為引力透鏡。

這項研究的合著者帕拉梅斯瓦蘭-阿吉斯（Parameswaran Ajith）說：”一個多世紀以來，我們一直在觀測光的引力透鏡現象。我們期待在未來幾年內首次觀測到透鏡引力波！”

引力波強透鏡圖形。資料來源：Parameswaran Ajith（ICTS）

未來二十年，科學家們將開始運行先進的引力波探測器，尋找合併黑洞。”未來的探測器將能夠看到比現有探測器大得多的距離，”該研究的合著者之一、來自普納天文學和天體物理學大學間中心的沙斯瓦特-J-卡帕迪亞解釋說。該研究的另一位合著者、來自加州大學聖巴巴拉分校的Tejaswi Venumadhav 說，他們將能夠探測到較弱的引力波信號，這些信號被埋沒在影響現有探測器的噪聲中。

天文學家估計，先進的探測器將記錄下幾百萬個黑洞對發出的信號，每個黑洞對都會合併形成一個超大型黑洞。其中，由於引力透鏡作用，約有1 萬個黑洞合併將在同一個探測器中出現不止一次。

蘇維克領導的研究小組證明，通過計算這種重複黑洞合併的數量和研究它們之間的延遲，他們可以測量宇宙的膨脹率。隨著未來二十年中來自先進引力波探測器的數據逐漸增多，他們的方法有可能精確測量出宇宙的膨脹率。

蘇維克說，研究小組的建議不需要知道產生多份引力波的單個星系的特性、與黑洞對的距離，甚至不需要知道它們在天空中的確切位置。相反，它只需要一種精確的方法，就能知道哪些信號受到了透鏡作用。沙斯瓦特補充說，科學家們正在改進識別重複信號的技術。

引力透鏡要求天文源距離很遠。這些黑洞對符合這一標準，它們可能來自133 億年前，也就是宇宙誕生後不到5 億年的地方。

沙斯瓦特提醒說，只有當先進的探測器記錄下數百萬個黑洞合併時，他們提出的方法才會有所幫助。目前，研究小組正在研究這種未來的觀測如何能夠區分宇宙學家提出的不同宇宙模型。

研究小組解釋說，這些模型試圖解開難以捉摸的暗物質之謎，暗物質是一種不與光相互作用的物質。暗物質假說解決了天文學家的難題，即解釋為什麼星系具有觀測到的質量。然而，科學家們仍然無法確定暗物質的特性，因此產生了各種暗物質模型。

研究小組正在進行的研究表明，未來對透鏡引力波的觀測將成為研究暗物質特性的工具。