超新星重復(fù)觀測助力宇宙學(xué)研究

一顆罕見的超亮超新星因前方兩座星系的引力透鏡效應(yīng)，在天空中呈現(xiàn)出五次影像，該超新星距離地球約100億光年。

一顆極為罕見的引力透鏡超新星可能為測量宇宙膨脹速率提供一種強有力的新方法。

天文學(xué)家已知宇宙正在膨脹，這一事實已有近一個世紀(jì)。目前尚不確定的是其膨脹速率的確切數(shù)值。該數(shù)值被稱為哈勃常數(shù)，至今仍存在激烈爭議，甚至引發(fā)了人們對標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的質(zhì)疑。

來自慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）、路德維希馬克西米利安慕尼黑大學(xué)（LMU）以及馬克斯普朗克天體物理研究所（MPA）和馬克斯普朗克外星物理研究所（MPE）的研究人員，成功捕捉并分析了一次極為罕見的超新星爆發(fā)。此次觀測可能為宇宙膨脹速率的測定提供一種完全獨立的新方法。

該天體是一顆超亮超新星，距離地球約100億光年，其亮度遠(yuǎn)超普通恒星爆發(fā)。更引人注目的是它在天空中的呈現(xiàn)方式：并非一個單一光點，而是呈現(xiàn)出五個獨立的影像，構(gòu)成類似宇宙煙花的圖案。這一現(xiàn)象由引力透鏡效應(yīng)造成。

當(dāng)超新星的光向地球傳播時，會經(jīng)過前景中兩個大質(zhì)量星系。這些星系的引力使光線沿不同路徑發(fā)生彎曲和偏折。由于每條路徑的長度略有差異，來自每個像的光會在不同時刻抵達(dá)我們。通過精確測量這些時間延遲，科學(xué)家可以推算出宇宙當(dāng)前的膨脹速率。

使用美國亞利桑那州格雷厄姆山大型雙筒望遠(yuǎn)鏡拍攝的高分辨率圖像，畫面中兩個透鏡星系呈現(xiàn)暖色調(diào)，而超新星溫尼被引力透鏡效應(yīng)形成的五個像則呈藍(lán)色。圖片來源：超新星溫尼研究組

慕尼黑工業(yè)大學(xué)觀測宇宙學(xué)副教授、馬克斯普朗克天體物理研究所研究員SherrySuyu解釋道：我們給這顆超新星起了個昵稱‘SNWinny’，靈感來自其正式編號SN2025wny。這是一個極為罕見的事件，可能對增進(jìn)我們對宇宙的理解起到關(guān)鍵作用。發(fā)現(xiàn)一顆超亮超新星恰好與合適的引力透鏡完美對齊的概率低于百萬分之一。我們花了六年時間搜尋此類事件，通過編制一份有潛力的引力透鏡候選名單，最終在近期觀測到SNWinny恰好與其中之一完美匹配。

高分辨率彩色圖像，展現(xiàn)一顆獨特的超新星

引力透鏡超新星極為罕見，迄今為止僅有少量被用于此類測量。結(jié)果的可靠性取決于天文學(xué)家對造成光線彎曲的星系質(zhì)量的計算精度。質(zhì)量大小決定了光線偏折的強度。

為提升這些觀測數(shù)據(jù)的精度，馬克斯普朗克地外物理研究所（MPE）與慕尼黑大學(xué)（LMU）的研究人員使用了位于美國亞利桑那州的大型雙筒望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡配備兩面直徑均為8。4米的主鏡，并搭載自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，可實時校正大氣擾動帶來的圖像畸變，從而獲得極高分辨本領(lǐng)的觀測圖像。研究團(tuán)隊由此獲得了該天體系統(tǒng)迄今首幅高分辨率彩色圖像。

圖像顯示中心位置有兩顆引力透鏡星系，周圍環(huán)繞著同一顆超新星的五個呈藍(lán)白色的像，形態(tài)酷似綻放的煙花。這種構(gòu)型較為罕見，因為星系尺度的引力透鏡系統(tǒng)通常僅產(chǎn)生兩個或四個像。利用這五個像的精確位置，研究團(tuán)隊的青年成員——慕尼黑工業(yè)大學(xué)的艾倫施魏因富爾特與路德維希馬克西米利安慕尼黑大學(xué)的萊昂埃克爾——構(gòu)建了首套詳細(xì)刻畫透鏡星系質(zhì)量分布的模型。

迄今為止，大多數(shù)引力透鏡超新星均由質(zhì)量巨大的星系團(tuán)所放大，而這些星系團(tuán)的質(zhì)量分布復(fù)雜且難以精確建模，艾倫施魏因富爾特表示，然而，SNWinny卻是由兩個獨立的星系所透鏡放大的。我們發(fā)現(xiàn)，這兩個星系的整體光分布與質(zhì)量分布均較為平滑、規(guī)則，表明它們盡管在視線方向上彼此靠近，但過去并未發(fā)生過并合事件。該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，為高精度測量宇宙膨脹速率提供了難得的機遇。

兩種方法，結(jié)果截然不同

迄今為止，大多數(shù)哈勃常數(shù)的測量主要依賴于兩種方法，而這兩類方法所得結(jié)果之間存在差異。這種差異被稱為哈勃張力。

第一種方法聚焦于相對較近的宇宙。天文學(xué)家通過分步驟的方式測量星系的距離，這一過程類似于攀爬一架梯子，因此被稱為宇宙距離階梯。他們利用亮度已知的天體來測定距離，再將這些距離與星系遠(yuǎn)離我們的速度進(jìn)行比較。由于該技術(shù)涉及多個校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，即使微小的不確定性也可能逐級累積，從而影響最終結(jié)果。

第二種方法回溯至早期宇宙，通過分析宇宙微波背景輻射——即大爆炸遺留下來的微弱輻射——并結(jié)合宇宙演化模型來估算當(dāng)前的宇宙膨脹速率。盡管該方法能得出高度精確的結(jié)果，但其結(jié)果在很大程度上依賴于對宇宙數(shù)十億年來演化過程所作的理論假定，而這些假定目前仍在科學(xué)界持續(xù)探討之中。

一種新的、單步法測定哈勃常數(shù)的方法

第三種策略現(xiàn)在提供了一種獨立的替代方案：與宇宙距離階梯不同，這是一種單步法，所涉及的系統(tǒng)誤差來源更少，且性質(zhì)完全不同。

全球天文學(xué)家正持續(xù)利用地面和空間望遠(yuǎn)鏡對超新星SNWinny進(jìn)行觀測。所獲取的數(shù)據(jù)有望提供重要的新證據(jù)，助力解決現(xiàn)代宇宙學(xué)中一個長期存在的關(guān)鍵分歧。

參考文獻(xiàn)

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《全息透鏡模型XX：具有超新星溫尼五個像的雙透鏡星系透鏡模型》 作者：L。R。埃克爾、A。G。施魏因富爾特、R。薩格利亞、L。鄧、S。H。蘇宇、C。索爾德、J。斯尼古拉、R。本德、R?？醽喢防?、T。W。陳、A。加蘭、A。哈爾科拉、E。馬穆齊奇、A。梅洛、S。舒爾特、S。托伊本貝格爾 arXiv預(yù)印本平臺，2025年2月18日發(fā)布 DOI：10。48550arXiv。2602。16620

BY: Technical University of Munich （TUM）

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://scitechdaily.com/five-time-supernova-discovery-may-solve-a-century-old-cosmic-mystery/

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