一张三重超新星图像引发的争论|哈勃|宇宙|引力|星系团

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原作者：ARWEN RIMMER

翻译：何永强

校对：方芊、李宜骅

排版：喻思敏

后台：李子琦

原文链接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/triple-supernova-image-stokes-hubble-constant-controversy/

一张独特的超新星图像为天文学家提供了另一种测量宇宙当前膨胀速度的方法，暗示它仍然比预期的要快。

左图是大质量星系团PLCK G165.7+67.0，也被称为G165。它的引力产生了引力透镜效应，放大和扭曲了背景星系的图像。其中一个如右图所示，是同一颗超新星的三个明亮图像，被称为“H0pe”（用白色虚线圈标记）。

图源：NASA, ESA, CSA, STScI, Brenda Frye (University of Arizona), Rogier Windhorst (ASU), S. Cohen (ASU), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU)

由Brenda Frye（亚利桑那大学）领导的一个国际天文学家小组在一个遥远的星系团中发现了一些惊人的东西——超新星的三重图像。这个偶然的发现使他们能够测量出比预期更大的哈勃常数，这意味着宇宙现在的膨胀速度比天文学家从其它测量中预测的要快。

这是一颗Ia型超新星，它是在一颗白矮星吸积过多质量后爆炸产生的。这本身并不罕见，但这颗超新星发生在一个星系团中，星系团的质量使光线发生了引力透镜现象，形成了这一事件的三个图像。这些图像在宇宙中走了不同的路径，在不同的时间到达地球，这让天文学家有机会测量宇宙随时间膨胀的速度。

时间延迟

这一切都要追溯到2015年，当时哈勃太空望远镜拍摄了一个绰号为G165的大质量星系团的照片。星系团富含恒星形成的星系，是寻找超新星的好地方。几年后，Frye的团队带着詹姆斯·韦布太空望远镜重新观测星系团。2023年3月30日，她的团队发现了他们所希望的：不是一个，而是三个以前没有的光点。

这些点原来是G165远端的一颗超新星（昵称为H0pe， H0代表哈勃常数）的图像。更好的是，这是一颗Ia型超新星，天文学家可以确定它的固有亮度，从而确定它的距离。

就在团队研究他们的观测结果时，Frye 很快又向韦布提出了另一个请求，让他更近距离地观察“H0pe”，因为它提供了一个难得的机会，可以用一种以前只做过几次的方式来测量哈勃常数，而且从未在如此理想的条件下进行过。

哪种方案

宇宙学家似乎无法确定哈勃常数——代表着宇宙膨胀的速度。这个问题被称为“哈勃冲突”。虽然通过对附近或最近的宇宙的观测计算得出的估计值通常是73(km/s)/Mpc，但基于对大爆炸的古老余辉或宇宙微波背景（CMB）的观测得出的答案大约是67.5 (km/s)/Mpc。科学家们倾向于认为，要么是测量出了问题，要么是我们对宇宙如何随时间膨胀的基本理解出了问题。

在过去的十年里，似乎每年都会出现几次强有力的研究，以这样或那样的方式解决这种冲突，但下一个研究却提供了相反的解决方案。 Frye的新研究给出的哈勃常数与大多数对附近宇宙的测量结果一致。这一结果是否会动摇科学观点的钟摆，表明宇宙模型确实存在问题？

三种光和星系团

为了从超新星“H0pe”中估计哈勃常数，Frye 依靠的是超新星“H0pe”的引力透镜图像——每张图像都显示了超新星爆炸的不同阶段。

通过分析多个图像之间的时间延迟，并考虑到中间星系团的质量，研究小组得出了一个独立于其它方法的当前宇宙膨胀率的数值。这项研究是第二次成功完成这种计算，也是第一次对这种类型的超新星进行研究。

然而，星系团不规则的形状给工作带来了困难，所以Frye的团队分成了七个小组，每个小组都设计了自己的计算机模型来描述星系团的质量分布。将七个不同的答案平均起来，得出哈勃常数在69.9到83.5 km/s/Mpc之间。

不确定性

虽然这个值有很大的不确定性，但它仍然比从CMB测量到的值要大，在统计上不可置信的可能性只有10%。Frye的团队计划在不久的将来用韦布进行更多的观测，目的是缩小可能的值的范围。

Piero Rosati（意大利费拉拉大学）强调需要进一步研究星系团质量分布值。他表示：“如果你看看这些不同团队的成果，就会发现他们的观点并不那么一致。原则上，将独立的测量结合起来，取加权平均值是有意义的，但你必须确保这些测量不会受到系统效应的显著影响，例如，透镜模型中采用的不同方法和策略。”

Rosati说，韦布的惊人观测结果带来了很大的挑战。“它们太棒了，真的令人印象深刻。但韦布透露了如此多的细节，以至于将所有这些信息纳入透镜模型成为一个严峻的挑战，在现代计算机上运行可能需要数周或一个多月的时间。困难在于，你如何改进一个需要一个月才能运行一次的模型？”

换句话说，科学家们从韦布那里获得的数据比他们目前能够及时研究的要多。人们迫切需要更快的软件来处理从太空定期发送下来的大量信息。世界各地的研究小组目前正在研究不同的方法（比如使用机器学习）来更有效地分析数据。在我们的科学研究技术追赶上空间卫星和探测器的能力之前，天文学家将不得不用老式的计算方法来凑合——与此同时，哈勃常数的不确定性仍然存在。

责任编辑：杨欣冉

牧夫新媒体编辑部

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