近日，东北大学张鑫教授团队在引力波宇宙学前沿研究领域取得重要突破。相关研究论文发表于国际著名学术期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）。团队提出将引力波“标准汽笛”、重子声学振荡和 Ia 型超新星三类晚期宇宙观测数据联合起来开展分析，在不依赖早期宇宙观测和传统距离阶梯校准的前提下，基于真实引力波数据对哈勃常数和暗能量性质进行了联合限制，为破解哈勃常数危机和理解暗能量本质提供了新思路。
宇宙膨胀得有多快、暗能量是否会随时间演化，是现代宇宙学最受关注的问题之一。其中，哈勃常数可以理解为描述当前宇宙膨胀速率的关键参数。长期以来，早期宇宙观测（宇宙微波背景辐射）与晚期宇宙观测（宇宙距离阶梯）给出的哈勃常数结果存在明显差异，这就是困扰宇宙学界近十年的“哈勃常数危机”。与此同时，暗能量光谱仪（DESI）最新观测结果显示，暗能量可能并非密度始终保持不变的宇宙学常数，而似乎其密度存在演化迹象，而且出现所谓“幽灵穿越”现象（“精灵”暗能量行为）。在这样的背景下，如何仅依靠晚期宇宙观测，独立测量哈勃常数和暗能量性质，成为国际宇宙学研究的重要课题。
针对这一问题，团队构建了全新的纯晚期宇宙联合分析框架。在传统重子声学振荡和 Ia 型超新星联合分析的基础上，进一步引入第三期引力波瞬态目录中的引力波标准汽笛数据。与前两类观测主要提供相对距离测量不同，引力波标准汽笛能够直接测量绝对光度距离，相当于为宇宙测量提供了一把“自带刻度的标尺”。三类探针相互配合，有效缓解了相关宇宙学参数之间的简并难题，也使研究摆脱了对早期宇宙数据和传统距离阶梯标定的依赖，实现了基于纯晚期宇宙数据对哈勃常数和暗能量状态方程的联合测量。
图1：标准宇宙学模型下，不同数据组合的哈勃常数、声学视界尺度、超新星绝对星等和物质密度参数二维后验分布。
图2：暗能量状态方程参数随红移变化的重建结果。
研究结果表明，在动力学暗能量模型下，团队得到的哈勃常数结果与距离阶梯测量高度一致，并在约两倍标准差的置信水平上支持暗能量可能随宇宙演化而变化。进一步分析显示，暗能量在红移约 0.5 附近呈现出温和的“幽灵穿越”特征。该成果首次将真实引力波数据与传统晚期宇宙观测相结合，对哈勃常数和暗能量状态方程给出了联合限制，为引力波标准汽笛在多探针宇宙学研究中的应用提供了新的实证支持。
该研究依托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等平台开展，得到国家自然科学基金（重点项目、面上项目）、国家重点研发计划SKA专项、中国载人航天工程（空间站巡天望远镜项目）等项目资助。近年来，东北大学引力波宇宙学研究团队持续深耕引力波参数估计、宇宙学参数约束、机器学习应用等方向，已在国际顶级期刊发表系列原创成果，形成了鲜明的研究特色与学术优势。
未来，团队将依托中国空间引力波探测计划发展机遇，持续深化引力波多信使宇宙学研究，为破解哈勃常数危机、揭示暗能量本质、完善宇宙演化理论贡献东大智慧与力量。
