Ia超新星能证明暗能量的存在?

释放双眼,带上耳机,听听看~!

Ia超新星(注意,I是i的大写,不是L的小写)

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超新星基本上被分为两种,I 和 II ,特征分别是光谱中没有氢发射谱线以及光谱中显示出氢发射谱线。后来人们发现到实际上存在三个截然不同的 I 型超新星,于是就把他们标记为 Ia 型、Ib 型和 Ic 型。

暗能量

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暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。它和暗物质一样都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。新的一项研究发现,一部分暗物质正在消失,而导致他们消失的原因则是暗能量。 暗能量很有可能在消耗着暗物质。

为何Ia超新星人用于证明暗能量的存在?

容易被观测

Ia 型超新星 (SNIa) 被认为是双星系统中碳氧白矮星在超过钱德拉塞卡极限(无自转恒星以电子简并压力阻挡重力塌缩所能承受的最大质量。)时爆炸的结果。它们是所有超新星中最亮的,在最大光下的绝对星等(星等是衡量天体光度的量,星等值越小,星星就越亮;星等的数值越大,它的光就越暗。)为 MB ~ -19.5,出现在所有星系类型中,并以最大光谱中的硅吸收特征(静止波长 = 6355 埃)为特征。它们可以以 10,000 公里/秒的速度喷射物质,并以最高亮度超过整个星系。 

标准尺

这种类型的超新星由于爆炸的白矮星通过吸积的机制使质量几乎一致,因此产生一致的峰值光度。因为超新星的视星等随着距离而改变,这种稳定的最大光度使它们的爆发可以做为标准烛光(想象这样的画面:一列规格相同的蜡烛在我们面前点燃,这些蜡烛的火焰本身亮度相同,但距离我们越远,在我们眼中就显得更黯淡。同样,这些Ia型超新星也有相同的规律。用天文学的词汇表述,就是Ia型超新星的视亮度(及其变化情况)与距离有着严格的对应关系。因此,它们成为可以用来测定距离的“标准烛光”。),用来测量宿主星系的距离。

Ia型超新星可被视为测量大尺度长度的标准尺。这种超新星爆发时的绝对星等都一样,只要观测到他们的视星等,就可以测出它们到地球的距离。而红移量又能体现退行速度。因此可以将距地球不同距离的Ia型超新星的红移量与宇宙学方程的预言值进行比较。

宇宙的加速膨胀

以上所说的两个内容都不是重点,但很重要。什么意思呢?因为它们和宇宙的加速膨胀有关联,而宇宙的加速膨胀是Ia 超新星与暗能量的关联。

1992年4月的一天,加州大学伯克利分校的天体物理学家萨尔·佩尔穆特(Saul Perlmutter)带领团队,将一座位于西班牙拉帕尔马岛的天文望远镜对准了一片遥远的天区。在3周前的新月之夜,这座望远镜也曾指向同一片区域。佩尔穆特要做的,是从相隔3周的两幅观测图片中“找不同”。这一次,他们成功了——第二张图片上多出了一个像素点。进一步的分析确认,这个点正是他们寻找的目标:Ia型超新星。

这两张图片,源自佩尔穆特团队1995年的一次观测。右图箭头所指的亮点,代表了一颗Ia型超新星。
这两张图片,源自佩尔穆特团队1995年的一次观测。右图箭头所指的亮点,代表了一颗Ia型超新星。
佩尔穆特团队正是希望通过这样的关系,明确宇宙是怎样减速膨胀的。当时的科学界相信,引力的存在使得天体间相互吸引,因此宇宙膨胀的速度正在放缓。

但是,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了避免局部不均一性的影响,他们要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/3个可观测宇宙半径。因此,他们想到了文章开头的比对观测手段。

在这种观测方法的可行性得到验证后,研究团队获得了包括哈勃望远镜在内的多台强大望远镜的使用权。截至1997年,他们共观测到了42个超新星的数据。

然而,随着距离-红移关系图上的数据点逐渐增多,研究团队却得到了意料之外的结论:宇宙并不是减速膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离我们而去。

1998年初,佩尔穆特团队公开发表了他们的结论。几乎同一时间,他们的竞争对手,布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)领导的团队也发表了相同的结论。就这样,两支团队的结论相互映衬,为属于物理学的20世纪打出掷地有声的句号:我们的宇宙,正在加速膨胀。

按照目前的认识,宇宙早期减速膨胀,并在约50亿年前开始加速膨胀。

引力在尝试将天体拉进,但宇宙却在加速膨胀。这说明,一定有某种未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管没有人能确定这样的力量究竟是什么,但天文学家们还是定义出一个贴切的名称:暗能量(dark energy)。

现在,这个结论早已成为主流科学界的共识,上述3位物理学家也因此共同获得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与普通物质、暗物质共同构成了我们的宇宙,其中暗能量占据了宇宙总质量的约70%。

此后,另一些研究也从不同的角度(例如宇宙微波背景辐射和重子声波振荡)找到了暗能量存在的间接证据,但这些证据都存在瑕疵。直到现在,支持暗能量理论最牢固的证据,依然是宇宙加速膨胀。

所以,通过观测 Ia 超新星发现宇宙正在加速膨胀,而宇宙的加速膨胀是支持暗能量存在的最牢固的证据。

推翻

在去年第一周,韩国延世大学领导的研究团队就对Ia型超新星进行了一次大规模的“巡检”。

他们使用智利的2.5米口径拉斯坎帕纳斯天文望远镜,以及位于美国亚利桑那州的6.5米口径多镜面望远镜,研究团队对约60个星系展开了为期9年的高质量光谱观测,观测的信噪比达到175:1。观测对象的选择也相当讲究。这项研究涵盖了绝大多数邻近的早期宿主星系中的超新星——这些早期的星系可以被精确定年。而观测数据量之大,使得研究者有机会发现先前被遗漏的规律。

最终,这些科学家在即将发表于《天体物理学杂志》的论文中,发表了令人惊讶的结论:这些超新星的绝对亮度与恒星群年龄有关,两者之间存在显著的相关性(年轻的超新星亮度较低)。该结论的置信度达到99.5%。

如果这个结论得到后续研究的证实,那么一场天体物理学革命势在必行。最直接的影响是,如果Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研究者需要根据超新星所处的恒星群年龄校正观测结果。

此前根据Ia型超新星得出的结论,例如宇宙的加速膨胀,就不准确了,如果未来的研究发现宇宙没在加速膨胀,那暗能量就牢固的证据就没了。

 

 

 


 

 暗能量会不会和以太的命运一样,被科学界抛弃呢?

 

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3 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 2022

    “推翻”是标题😥

  2. 2022

    后面的格式变样了。😭

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