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发明于2005年的超新星2005ke,是一颗Ia型超新星。它发出的耀目光线是天文学家用来丈量宇宙间隔的紧张“标准烛光”。

训练记者 于紫月

与刚刚以前的2019年一样,2011年的诺贝尔物理学奖也曾花落天体物理学领域。当时得奖的三位科学家的主要供献是,经由过程不雅测宇宙中的“标准烛光”Ia型超新星发明宇宙的加速膨胀。

为何宇宙会加速而非匀速膨胀?很多学者觉得,冥冥中有种我们尚未不雅测到的能量“推动”着宇宙加速膨胀,他们将这种神秘能量称为暗能量。是以,从某种程度上讲,超新星的相关钻研间接支撑了暗能量理论。

然而,近期的一项钻研却注解,我们可能必要从新核阅超新星、宇宙加速膨胀以及暗能量之间的关系。韩国延世大年夜学引导的钻研团队对Ia型超新星进行了一188金宝搏亚洲真人次大年夜规模的“巡检”,发明超新星的绝对亮度与恒星群年岁显明相关。这意味着,此前的很多188金宝搏亚洲真人钻研中,作为曾经的“标准烛光”,Ia型超新星的亮度可能并不“标准”,这意味着钻研者必要根据超新星所处的恒星群年岁校对不雅测结果。

此前超新星若何证实宇宙加速膨胀?这项新钻研又刷新了人们对付超新星的哪些认知?是否会撼动暗能量理论的大年夜厦?

Ia型超新星: 测量宇宙加速膨胀的“大年夜哥大年夜”

“Ia型超新星具有相对稳定的光度,加之该类天体异常亮,让我们可以在很远的间隔上看到它,以是它被算作‘标准烛光’来丈量宇宙。”中国科学院国家天文台副钻研员张天萌在吸收科技日报记者采访时表示。

超新星源于宇宙中部分恒星在演化靠近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种生命垂危之际的爆发极其强烈,孕育发生的电磁辐射常常能够照亮其所在的全部星系。而Ia型超新星作为超新星中的一个紧张子分类,在宇宙加速膨胀理论中的“功绩”使其在宇宙学中拥有了特殊职位地方,也曾被美国《新千年天文学和天体物理学》列为近十年内恒星钻研的主要工具之一。

张天萌先容,Ia型超新星滥觞于双星系统中白矮星的爆发。白矮星可以经由过程吸积等道路得到其伴星的物质,当其质量积累到约1.4个太阳质量时,内部自由电子之间相斥力造成的简并压无法对抗引力势能,白矮星向内塌缩,从而孕育发生超新星爆发。因为Ia型超新星爆发的能量主要滥觞于原子量为56的镍的同位素衰变,而镍56的质量又主要取决于白矮星的总质量,以是可觉得Ia型超新星具有相对稳定的光度。

不难想象,间隔我们近的Ia型超新星会看起来亮一些,间隔远的则看起来相对暗一些,即Ia型超新星的视亮度与间隔具有严格的对应关系。如斯一来,我们可以根据不雅测到的Ia型超新星视亮度及其变更环境,来揣摸它间隔我们有多远。

当然,宇宙在膨胀,也存在红移的问题,即毫光波长被拉长,向波长更长的红光偏移。是以,红移数据供给的天体阔别速率能够赞助科学家更好地懂得宇宙膨胀的状态。

2011年的诺贝尔物理学奖得到者便是使用了上述道理来窥测“天机”。“他们发明离我们越远的Ia型超新星的光度比匀速膨胀的宇宙模型预言的要暗,进而揣摸出可能是因为暗物质的存在导致宇宙是加速而不是匀速膨胀。”张天萌说。

在张天萌看来,虽然近年来也有很多钻研职员想使用伽马暴、类星体和引力波等天体作为新的标准烛光来丈量宇宙,不过受限于平均性、发明数量、不雅测难度等缘故原由,还不能做到完全替代Ia型超新星。

新钻研: 亮度演化与星系年岁相关

如今,韩国延世大年夜学的这项新钻研提出了对以往Ia型超新星亮度演化认知的质疑。

他们觉得,Ia型超新星的亮度可能并非此昔人们想象得那样简单,而是与超新星的形态、质量和局部恒星形成速度相关,从而觉得,其可能与恒星的种群性子有关。

为了懂得这些相关性的起源,钻研职员对Ia型超新星进行了一次大年夜规模的光谱不雅测。他们发明,Ia型超新星的光度经标准化后,与恒星种群年岁之间存在显明的相关性,置信水平高达99.5%。该项钻研成果即将颁发在《天体物理学》期刊上。

“这是迄今为止对Ia型超新星光度演化最直接、最严格的测试。”文章择要提到,暗能量存在的最直接、最有力证据来自Ia型超新星对星系间隔的丈量,而这一结论有一个条件前提,即经由过程履历标准化获得的校对后的Ia超新星亮度不会随间隔的变更而变更。然则,基于上述钻研结果,钻研职员觉得,在钻研暗能量细节之前,超新星宇宙学必须仔细斟酌这种系统性误差。

那么,此前有没有人曾同样关注过Ia型超新星的亮度演化问题?谜底是肯定的。

“之前已经有很多钻研发明Ia型超新星的光度与他们所处的情况有关,包括所在星系的类型、质量、恒星形成率等。不合钻研者应用的措施和模型的差异较大年夜,有结论与韩国大年夜学钻研者类似的,但也有与之相反的,以致觉得毫无关系。”张天萌道。

至于为何钻研结论区别较大年夜,主如果由于Ia型超新星的光度并非完全平均。张天萌先容,影响光度的身分很多,包括其前身星的金属丰度、自188金宝搏亚洲真人转、伴星性子和消光等,加上超新星不雅测的难度和设备之间的差异等,都邑让丈量偏差增大年夜,对结果孕育发生较大年夜影响。这些身分之间还可能存在必然程度的耦合,使得在对超新星光度进行修正的时刻互相滋扰,影响改正的结果。

“事实上,这些结论都是基于隔邻星系中的Ia型超新星的大年夜样本统计结果,将其运用在单个的高红移星系和Ia型超新星中,会存在较大年夜程度的误差。”张天萌表示,未来几年,很多大年夜视场的巡天计划会陆续展开,如使用美国广视野巡天反射千里镜和我国的空间千里镜等,将会找到并准确丈量更多高红移的Ia型超新星,从中挑出更纯挚的“标准烛光”,这样丈188金宝搏亚洲真人量获得的宇宙学参数会加倍靠得住。

暗能量“守护者”: 超新星并非独一

今世宇宙学的钻研注解,宇宙主要由老例物质、暗物质、暗能量组成。此中,暗能量跨越七成,是宇宙中最多的组成因素。学界虽有许多理论试图来解释暗能量,但今朝仍旧不清楚暗能量切实着实切形式。

恰是由于暗能量的神秘所在,很多人都想知道,假如该188金宝搏亚洲真人项新钻研的结论进一步被证明,那么是否意味着暗能量不复存在?宇宙的历史会被改写吗?

在张天萌看来,Ia型超新星并非宇宙加速膨胀、暗能量理论的独一证据,微波背景辐射和重子声波震惊等手段也从必然程度上确认了这些结论。

中国科学技巧大年夜学物理学院天文系教授蔡一夫也颁发了同样的不雅点。

蔡一夫表示,宇宙微波背景辐射和重子声波震惊都和超新星一样可以作为宇宙测距的标尺,它们都有能够确认宇宙红移和间隔的特定关系,但每一个零丁的测距都有不确定性,而且它们所丈量的是不应时期的宇宙,例如微波背景辐射丈量的是宇宙创生38万年之后的宇宙,重子声波震惊可以测到几十亿年以致一百亿年前的宇宙,超新星测到的是近几十亿年以内的宇宙状态。

可以看出,学者们对宇宙演化的详细光阴并不能正确到几分几秒,而是存在以亿年为单位的偏差。

“是以,任何一个不雅测数据零丁做证据都很难阐明宇宙到底发生了什么,但这就似乎拼图一样,我们把诸多证据放在一路才能拼误事出事实的本相,也便是宇宙近138亿年发生了什么。”蔡一夫说道。

滥觞:科技日报

责任编辑:王江莉

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