超新星爆炸距离测量精度提高一倍

2021年05月12日 09:56 次阅读 稿源:科技日报 条评论

宇宙的加速膨胀是暗能量存在的证据。近日,发表在《天体物理学杂志》上的两篇论文报告称,美国劳伦斯伯克利国家实验室的宇宙学家已经找到将超新星爆炸距离的测量精度提高一倍的方法,这将使科学家研究暗能量的精度和准确性大大提高。

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1998年,人们利用超新星发现了一个惊人的事实:宇宙正在加速膨胀。这种加速归因于占宇宙总能量三分之二的暗能量。科学家利用Ia型超新星发现了暗能量。la型超新星异常明亮,它们可以被用作“标准烛光”来测算宇宙空间中的距离,因而能够校准暗能量引起的宇宙膨胀加速。然而迄今为止科学家对超新星的研究仍然有限。

测量暗能量需要将数十亿光年外的遥远超新星的最大亮度与仅3亿光年远的附近超新星的最大亮度进行比较。此次,研究团队对附近数百颗这样的超新星进行了研究。每颗超新星每隔几天就要被测量数次。每次测量都检查了超新星的光谱,记录了它在可见光波长范围内的强度。

研究人员认为,如果两颗超新星爆炸的物理原理相同,它们的最大亮度也会相同。几年前,物理学家汉娜·法胡里发现,在很多情况下,来自两颗不同超新星的光谱看起来非常接近。在大约50颗超新星中,有些实际上是同卵双胞胎。当一对双胞胎超新星的摆动光谱叠加在一起时,肉眼只会看到一个轨迹。目前的分析建立在这一观测的基础上,以模拟超新星在接近其最大亮度时的行为。

此次的新方法几乎使分析中使用的超新星数量翻了两番。这使得样本大到足以应用机器学习技术来识别这些双胞胎,从而发现Ia型超新星光谱只以三种方式变化。超新星的固有亮度也主要取决于这三种方式观察到的差异,这使得测量超新星的距离的精度达到3%左右成为可能。

同时,当比较不同类型星系中发现的超新星时,这种新方法不会受到以前方法偏差的影响。现在,通过使用这项新技术测量遥远的超新星,人们无需过于担心由于近星系与远星系存在不同而带来的暗能量测量中的错误读数。

论文主要作者布恩表示,传统的超新星距离测量使用的是光曲线——当一颗超新星变亮和变暗时,用几种颜色拍摄的图像。与之不同的是,此次使用了每颗超新星的光谱。这些光谱更加详细,机器学习技术还能帮助分辨出超新星复杂的行为,这是更精确测量距离的关键。

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