五次超新星發(fā)現(xiàn)或解百年宇宙之謎

超新星重復(fù)觀測(cè)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(cè)量宇宙膨脹速率提供一種強(qiáng)有力的新方法。

天文學(xué)家已知宇宙正在膨脹，這一事實(shí)已有近一個(gè)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(zhēng)議，甚至引發(fā)了人們對(duì)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(cè)可能為宇宙膨脹速率的測(cè)定提供一種完全獨(dú)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(gè)單一光點(diǎn)，而是呈現(xiàn)出五個(gè)獨(dú)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(shí)，會(huì)經(jīng)過前景中兩個(gè)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(gè)像的光會(huì)在不同時(shí)刻抵達(dá)我們。通過精確測(cè)量這些時(shí)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(gè)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(gè)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(cè)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(gè)昵稱‘SNWinny’，靈感來自其正式編號(hào)SN2025wny。這是一個(gè)極為罕見的事件，可能對(duì)增進(jìn)我們對(duì)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(duì)齊的概率低于百萬分之一。我們花了六年時(shí)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(cè)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(dú)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(cè)量。結(jié)果的可靠性取決于天文學(xué)家對(duì)造成光線彎曲的星系質(zhì)量的計(jì)算精度。質(zhì)量大小決定了光線偏折的強(qiáng)度。

為提升這些觀測(cè)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(shí)時(shí)校正大氣擾動(dòng)帶來的圖像畸變，從而獲得極高分辨本領(lǐng)的觀測(cè)圖像。研究團(tuán)隊(duì)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(gè)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?yàn)樾窍党叨鹊囊ν哥R系統(tǒng)通常僅產(chǎn)生兩個(gè)或四個(gè)像。利用這五個(gè)像的精確位置，研究團(tuán)隊(duì)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(gè)獨(dú)立的星系所透鏡放大的。我們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)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(cè)量宇宙膨脹速率提供了難得的機(jī)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(cè)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(duì)較近的宇宙。天文學(xué)家通過分步驟的方式測(cè)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(cè)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(gè)校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，即使微小的不確定性也可能逐級(jí)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(duì)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(cè)定哈勃常數(shù)的方法

第三種策略現(xiàn)在提供了一種獨(dú)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(duì)超新星SNWinny進(jìn)行觀測(cè)。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(gè)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(gè)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。卡尼亞梅拉斯、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(tái)，2025年2月18日發(fā)布 DOI：10。48550arXiv。2602。16620

BY: Technical University of Munich （TUM）

FY: AI

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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/

本文由AI翻譯自文章作者 Technical University of Munich (TUM)的作品,如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán),請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除.

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