科學

一颗遥远的超新星颠覆了我们对宇宙膨胀的理解


新科学家默认图像

带有星系团的超新星 Refsdal

NASA、ESA、S. Rodney、FrontierSN 团队、T. Treu、P. Kelly、GLASS 团队、J. Lotz、Frontier Fields 团队、M. Postman、CLASH 团队、Z. Levay

通过奇怪的引力透镜现象发现的一颗遥远的超新星已被用来测量宇宙的膨胀。 结果给长期存在的紧张局势增添了意想不到的转折。

当来自远处物体的光被质量相对较近的物体的引力弯曲和扭曲时,就会发生引力透镜效应。 这可能会导致远处物体的多个图像出现在附近的物体周围,类似于您通过扭曲的镜头(例如水杯底部)观看时可能看到的图案。 因为来自背景物体的光采用不同的路径来形成每个图像,所以这些图像可以在不同的时间出现在我们面前。

帕特里克·凯利 在明尼苏达大学和他的同事们利用这种奇怪的效应来计算哈勃常数,这是衡量宇宙膨胀率的一个指标。 他们使用来自超新星 Refsdal 的光来做到这一点,该光被附近的星系团引力透镜化。 它于 2014 年首次被发现,2015 年出现了一张超新星的新图像,使研究人员能够利用图像之间的时间延迟来计算宇宙膨胀将其带离地球的速度。

测量哈勃常数的方法主要有两种。 第一个称为宇宙距离阶梯,它依靠对相对较近的物体的测量来确定它们远离地球的速度。 第二种使用宇宙微波背景 (CMB) 的观测,这是大爆炸遗留下来的遗迹光,因此需要使用宇宙学家最好的宇宙模型及时向前推断测量结果。

几十年来,这两种方法在所谓的哈勃张力中存在分歧:距离阶梯导致哈勃常数为 73 公里每秒每兆秒差距 (km/sec/mpc),而 CMB 方法给出的值约为 67 公里/秒/mpc。 研究人员长期以来一直希望独立的方法能够帮助解决这种紧张关系,但他们尚未成功。 这种使用超新星 Refsdal 的新测量给出了大约 67 公里/秒/mpc 的值,与 CMB 方法一致,尽管它是基于对单个物体的观察,如距离阶梯法。

新结果并不排除更高的价值,但这确实意味着用于研究引力透镜物体的模型悬而未决。 “如果哈勃常数的值最终变成了 73,就像目前当地的测量结果表明的那样,那么我们对星系团透镜的理解一定有问题,这些模型通常用于研究遥远的宇宙, ”凯利说。

研究人员现在正在跟进其他透镜超新星,看看他们是否可以使用这种方法获得更多测量结果,其他团队也在努力使用其他独立方法来测量哈勃常数。 如果他们找不到使测量结果相互一致的方法,我们可能需要全新的奇异物理学模型来解释到底发生了什么。

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