弥合宇宙鸿沟：对宇宙膨胀的先驱性测量改变了长期以来的争论

来源：cnBeta | 2023-05-16 10:41:02

由于来自一颗放大的、多重成像的超新星的数据，由明尼苏达大学双子城分校的研究人员领导的一个团队成功地使用了一种首次出现的技术来测量宇宙的膨胀率。他们的数据为该领域的一个长期争论提供了洞察力，并可以帮助科学家更准确地确定宇宙的年龄，更好地理解宇宙。

这项工作分为两篇论文，分别发表在世界顶级同行评议的学术期刊《科学》和天体物理学期刊《天体物理学报》上，后者是一份同行评议的天体物理学和天文学科学期刊。

在天文学中，有两种对宇宙膨胀的精确测量，也被称为"哈勃常数"。一个是从附近的超新星观测中计算出来的，第二个是使用"宇宙微波背景"，或在宇宙大爆炸后不久开始自由流动的辐射。

然而，这两种测量方法相差约10%，这在物理学家和天文学家中引起了广泛的争论。如果这两个测量结果都是准确的，这意味着科学家目前关于宇宙构成的理论是不完整的。

两篇论文的主要作者、明尼苏达大学物理和天文学学院助理教授帕特里克-凯利说："如果新的、独立的测量结果证实了哈勃常数的两个测量结果之间的这种分歧，它将成为我们理解宇宙的一个缺口。最大的问题是一个或两个测量结果是否可能存在问题。我们的研究通过使用一种独立的、完全不同的方式来测量宇宙的膨胀率来解决这个问题。"

明尼苏达大学领导的团队能够利用凯利在2014年发现的一颗超新星的数据来计算这个数值--这是有史以来第一个多重成像的超新星的例子，这意味着望远镜捕捉到了同一宇宙事件的四个不同图像。在发现之后，世界各地的团队预测，这颗超新星将在2015年重新出现在一个新的位置，明尼苏达大学的团队检测到了这个额外的图像。

这些多重图像的出现是因为该超新星受到了一个星系团的引力凝聚，这是一种来自星系团的质量弯曲并放大光线的现象。通过利用2014年和2015年图像出现之间的时间延迟，研究人员能够利用挪威天文学家Sjur Refsdal在1964年提出的一个理论来测量哈勃常数，这个理论在以前是不可能付诸实践的。

凯利说，研究人员的发现并没有绝对解决争论，但他们确实为这个问题提供了更多的洞察力，并使物理学家更接近于获得宇宙年龄的最精确测量。测量结果与来自宇宙微波背景的数值有更好的一致性，尽管--鉴于不确定性--它并没有排除来自本地距离阶梯的测量，如果对未来同样被星系团引力凝聚的超新星的观测产生了类似的结果，那么它将确定目前的超新星数值的问题，或者我们对星系团暗物质的理解。

利用同样的数据，研究人员发现，目前一些星系团暗物质的模型能够解释他们对超新星的观测。这使他们能够确定星系团中暗物质位置的最准确模型，这是一个长期困扰天文学家的问题。