1929 年，天文学家发现星系正在远离我们和彼此。他们将这一观测结果解释为宇宙正在膨胀。然而，当他们测量宇宙膨胀的速度时，却用不同的方法得到了不同的答案，这种差异令他们如鲠在喉。班加罗尔国际理论科学中心的苏维克-贾纳领导的研究小组提出了一个潜在的解决方案。他们的论文最近发表在《物理评论快报》上，被作为编辑建议重点推荐。
解决方案的关键在于研究引力波，即天文学家于 2015 年首次探测到的时空涟漪。研究小组研究了引力本身如何影响引力波。
当一对黑洞在宇宙舞蹈中合并成一个黑洞时，它们会发出引力波。当它们到达地球时，千米长的探测器帮助科学家研究黑洞对的特性。占据黑洞和地球之间空间的巨大星系改变了这些时空涟漪的路径，导致探测器记录到多份相同的波。天文学家称这种现象为引力透镜。
这项研究的合著者帕拉梅斯瓦兰-阿吉斯（Parameswaran Ajith）说："一个多世纪以来，我们一直在观测光的引力透镜现象。我们期待在未来几年内首次观测到透镜引力波！"
引力波强透镜图形。资料来源：Parameswaran Ajith（ICTS）
未来二十年，科学家们将开始运行先进的引力波探测器，寻找合并黑洞。"未来的探测器将能够看到比现有探测器大得多的距离，"该研究的合著者之一、来自普纳天文学和天体物理学大学间中心的沙斯瓦特-J-卡帕迪亚解释说。该研究的另一位合著者、来自加州大学圣巴巴拉分校的 Tejaswi Venumadhav 说，他们将能够探测到较弱的引力波信号，这些信号被埋没在影响现有探测器的噪声中。
天文学家估计，先进的探测器将记录下几百万个黑洞对发出的信号，每个黑洞对都会合并形成一个超大型黑洞。其中，由于引力透镜作用，约有 1 万个黑洞合并将在同一个探测器中出现不止一次。
苏维克领导的研究小组证明，通过计算这种重复黑洞合并的数量和研究它们之间的延迟，他们可以测量宇宙的膨胀率。随着未来二十年中来自先进引力波探测器的数据逐渐增多，他们的方法有可能精确测量出宇宙的膨胀率。
苏维克说，研究小组的建议不需要知道产生多份引力波的单个星系的特性、与黑洞对的距离，甚至不需要知道它们在天空中的确切位置。相反，它只需要一种精确的方法，就能知道哪些信号受到了透镜作用。沙斯瓦特补充说，科学家们正在改进识别重复信号的技术。
引力透镜要求天文源距离很远。这些黑洞对符合这一标准，它们可能来自 133 亿年前，也就是宇宙诞生后不到 5 亿年的地方。
沙斯瓦特提醒说，只有当先进的探测器记录下数百万个黑洞合并时，他们提出的方法才会有所帮助。目前，研究小组正在研究这种未来的观测如何能够区分宇宙学家提出的不同宇宙模型。
研究小组解释说，这些模型试图解开难以捉摸的暗物质之谜，暗物质是一种不与光相互作用的物质。暗物质假说解决了天文学家的难题，即解释为什么星系具有观测到的质量。然而，科学家们仍然无法确定暗物质的特性，因此产生了各种暗物质模型。
研究小组正在进行的研究表明，未来对透镜引力波的观测将成为研究暗物质特性的工具。