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  • 如果“标准烛光”不再标准,充斥宇宙的暗能量还存在吗

    来源:www.bloodonthemotorway.com 发布时间:2020-02-15

    和2019年一样,2011年诺贝尔物理学奖授予了天体物理学。当时三位获奖科学家的主要贡献是通过观察宇宙中的“标准蜡烛”Ia型超新星发现了宇宙的加速膨胀。

    为什么宇宙以恒定的速度加速而不是膨胀?许多学者认为,有一种能量我们尚未观察到,它“推动”宇宙加速膨胀。他们称这种神秘的能量为暗能量。因此,在某种程度上,超新星的研究间接支持了暗能量理论。

    然而,最近的一项研究表明,我们可能需要重新审视超新星、宇宙加速膨胀和暗能量之间的关系。韩国延世大学领导的研究小组对Ia型超新星进行了大规模的“巡视检查”,发现超新星的绝对亮度与恒星群的年龄有显着的关系。这意味着在以前的许多研究中,Ia型超新星的亮度可能不是“标准的”,这意味着研究人员需要根据超新星所在的恒星群的年龄来修正观测结果。

    超新星是如何证明宇宙加速膨胀的?什么新研究让人们对超新星有了新的认识?它会动摇暗能量理论的构建吗?

    Ia型超新星:

    测量宇宙加速膨胀的“老大哥”

    “Ia型超新星具有相对稳定的光度。此外,这种类型的天体非常明亮,所以我们可以从很远的距离看到它,所以它被认为是测量宇宙的“标准烛光”中国科学院国家天文台副研究员张在接受《科学技术日报》采访时说。

    超新星起源于宇宙中一些恒星在进化末期经历的剧烈爆炸。生命终结时的爆炸极其强烈,产生的电磁辐射经常能照亮它所在的整个星系。Ia型超新星作为超新星的一个重要子类,由于其在加速宇宙膨胀理论中的“贡献”,在宇宙学中有着特殊的地位。它也被美国《新千年天文学和天体物理学》列为近十年来恒星研究的主要对象之一。

    张介绍说,Ia型超新星起源于双星系统中白矮星的爆炸。白矮星可以通过吸积和其他方式获得伴星的物质。当它们的质量累积到大约1.4个太阳质量时,内部自由电子之间的排斥力引起的简并压力无法与重力势能竞争,白矮星向内坍缩,从而产生超新星爆炸。由于Ia型超新星爆发的能量主要来自原子量为56的镍的同位素衰变,而镍56的质量主要取决于白矮星的总质量,因此可以认为Ia型超新星具有相对稳定的光度。

    不难想象离我们很近的Ia型超新星会看起来更亮,而离我们很远的会看起来更暗,也就是说,Ia型超新星的表观亮度与距离有严格的对应关系。这样,我们可以根据观察到的表观亮度及其变化推断Ia型超新星离我们有多远。

    当然,宇宙在膨胀,还有红移的问题,也就是说,光的波长变长,变成波长更长的红光。因此,红移数据提供的天体距离速度可以帮助科学家更好地了解宇宙的膨胀状态。

    这位2011年诺贝尔物理学奖得主利用上述原理来窥探“天体机器”。“他们发现离我们更远的Ia型超新星的亮度比宇宙均匀膨胀模型预测的要暗,并得出结论,暗物质的存在可能导致宇宙加速而不是匀速膨胀。”张对说道。

    张认为,虽然近年来许多研究人员想用伽玛射线暴、类星体、引力波等天体作为新的标准烛光来测量宇宙,但由于均匀性、发现次数、观测困难等原因,它们不能完全取代Ia型超新星。

    新研究:

    亮度演化与银河年龄有关

    今天,韩国延世大学的这项新研究对之前对Ia型超新星亮度演化的认知提出了质疑。

    他们认为Ia型超新星的亮度可能不如si

    "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."文章摘要提到暗能量存在的最直接、最有力的证据来自Ia型超新星对星系距离的测量,这个结论有一个前提,即通过经验标准化得到的Ia型超新星的校正亮度不会随距离的变化而变化。然而,基于上述研究结果,研究人员认为超新星宇宙学在研究暗能量的细节之前必须仔细考虑这种系统偏差。

    那么,以前有人对Ia型超新星的亮度演化给予过同样的关注吗?答案是肯定的。许多研究发现Ia型超新星的光度与其环境有关,包括星系的类型、质量和恒星形成率。不同研究者使用的方法和模型有很大不同。一些结论与韩国大学研究人员的结论相似,但另一些结论与他们相反,甚至认为他们与他们无关。”张对说道。

    至于为什么研究结论大相径庭,主要是因为Ia型超新星的光度并不完全一致。张介绍说,影响光度的因素有很多,包括金属丰度、自转、伴星性质及其前身星的灭绝,以及超新星观测的难度和装置之间的差异等。这将增加测量误差并对结果产生更大的影响。这些因素之间也可能存在一定程度的耦合,在校正超新星光度时会相互干扰,影响校正结果。

    “事实上,这些结论是基于邻近星系中Ia型超新星的大量样本的统计结果,当它们应用于单个高红移星系和Ia型超新星时,会有很大程度的偏差。”张表示,在未来几年,许多大视场的天空测量将陆续推出。例如,使用美国的宽视场天空巡天反射望远镜和中国的空间望远镜,将会发现更多的具有高红移的Ia型超新星,并对其进行精确测量,从中选择更纯的“标准烛光”,从而使测量的宇宙学参数更加可靠。

    暗能量守护者:

    超新星不是唯一的

    现代宇宙学研究表明宇宙主要由常规物质、暗物质和暗能量组成。其中,暗能量占70%以上,是宇宙中最大的成分。尽管有许多理论可以解释暗能量,但暗能量的确切形式仍不清楚。

    正是因为暗能量的神秘,许多人想知道,如果这项新研究的结论得到进一步证实,这是否意味着暗能量不再存在?宇宙的历史会被改写吗?

    在张看来,Ia型超新星并不是宇宙加速膨胀和暗能量理论的唯一证据,微波背景辐射和重子声波振荡也在一定程度上证实了这些结论。

    中国科技大学物理系天文学教授蔡义夫也表达了同样的观点。

    蔡义夫说宇宙微波背景辐射和重子声振荡可以像超新星一样作为宇宙距离测量的尺度。它们都有一种特定的关系,可以确定宇宙的红移和距离,但是每一个单独的距离测量都有不确定性,它们在不同的时期测量宇宙。例如,微波背景辐射在宇宙形成38万年后测量宇宙,重子声振荡可以在几十亿年甚至100亿年前测量宇宙,超新星测量过去几十亿年内宇宙的状态。

    可以看出宇宙演化的确切时间不是精确到几分钟几秒钟,而是在数亿年中有一个错误。

    "因此,如果任何观测数据单独用作证据,很难解释宇宙中发生了什么,但这就像一个拼图游戏。我们可以收集大量的证据来形成事实的真相,也就是说,在过去138亿年里宇宙发生了什么。”蔡义夫说。

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