问答|如果“标准烛光”不再是标准的淹没宇宙的暗能量还存在吗

原标题:问答|如果“标准烛光”不再是标准的，还有暗能量淹没宇宙吗？

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和2019年一样，2011年诺贝尔物理学奖也花在了天体物理学上。当时三位获奖科学家的主要贡献是通过观察宇宙中的“标准蜡烛”Ia型超新星发现了宇宙的加速膨胀。

为什么宇宙加速而不是以恒定速度膨胀？许多学者认为，有一种我们尚未观察到的能量“推动”宇宙加速膨胀。他们称这种神秘的能量为暗能量。因此，在某种程度上，超新星的研究间接地支持了暗能量理论。

然而，最近的一项研究表明，我们可能需要重新审视超新星、宇宙加速膨胀和暗能量之间的关系。韩国延世大学(Yonsei University)领导的研究小组对Ia型超新星进行了大规模的“巡视检查，发现超新星的绝对亮度与恒星群的年龄有着显著的相关性。这意味着在许多以前的研究中，Ia型超新星的亮度可能不是“标准的”，这意味着研究人员需要根据超新星所在的恒星群的年龄来修正观测结果。

超新星是如何证明宇宙加速膨胀的？什么新的研究刷新了人们对超新星的理解？它会动摇暗能量理论的建立吗？

Ia超新星:测量宇宙加速膨胀的“老大哥”,“Ia超新星有相对稳定的光度，这种天体非常明亮，所以我们可以从很远的距离看到它，所以它被认为是测量宇宙的“标准烛光”中国科学院国家天文台副研究员张蒙恬在接受《科学技术日报》采访时说。

超新星起源于宇宙中一些恒星在进化末期经历的剧烈爆炸。生命结束时的爆炸非常强烈，产生的电磁辐射常常可以照亮它所在的整个星系。Ia型超新星作为超新星的一个重要子类，由于其在加速宇宙膨胀理论中的“贡献”，在宇宙学中有着特殊的地位。在过去十年里，它也被美国《新千年天文学和天体物理学》列为恒星研究的主要对象之一。

张蒙恬介绍说Ia型超新星起源于双星系统中白矮星的爆炸。白矮星可以通过吸积和其他方式获得其伴星的物质。当它们的质量累积到大约1.4个太阳质量时，内部自由电子之间的排斥力引起的退化压力无法与重力势能竞争，白矮星向内坍缩，从而产生超新星爆炸。由于Ia型超新星爆发的能量主要来自原子量为56的镍的同位素衰变，而镍56的质量主要取决于白矮星的总质量，可以认为Ia型超新星具有相对稳定的发光度。

不难想象，靠近我们的Ia型超新星会看起来更亮，远离我们的会看起来更暗，也就是说，Ia型超新星的表观亮度与距离有严格的对应关系。这样，我们可以根据观测到的表观亮度及其变化推断Ia型超新星离我们有多远。

当然，宇宙正在膨胀，还有红移的问题，也就是说，光的波长变长，变成波长更长的红光。因此，红移数据提供的天体距离速度可以帮助科学家更好地理解宇宙的膨胀状态。

这位2011年诺贝尔物理学奖得主利用上述原理窥探“天机”。“他们发现离我们更远的Ia型超新星的亮度比宇宙均匀膨胀模型预测的要暗，并得出结论，暗物质的存在可能导致宇宙加速而不是以均匀的速度膨胀。”张蒙恬说道。

在张蒙恬看来，虽然近年来许多研究者想用伽马射线爆发、类星体、引力波和其他天体作为新的标准烛光来测量宇宙，但由于一致性、发现数量和难度等原因，它们无法完全取代1A型超新星

为了理解这些相关性的起源，研究人员对Ia型超新星进行了大规模的光谱观测。他们发现，Ia型超新星的光度标准化后，光度与星群年龄有显著的相关性，置信水平高达99.5%。研究结果将很快发表在《天体物理学》杂志上。"这是迄今为止对Ia型超新星光度演化最直接、最严格的测试."文章摘要提到暗能量存在的最直接、最有力的证据来自Ia型超新星对星系距离的测量，这一结论有一个前提条件，即通过经验标准化获得的Ia型超新星修正亮度不会随距离的变化而变化。然而，基于上述研究结果，研究人员认为超新星宇宙学在研究暗能量细节之前必须仔细考虑这种系统偏差。

那么，以前有没有人对Ia型超新星的亮度演化给予过同样的关注？答案是肯定的。许多研究发现Ia型超新星的光度与其所处的环境有关，包括银河系的类型、质量和恒星形成速率。不同研究人员使用的方法和模型大不相同。一些结论与韩国大学研究人员的结论相似，但另一些结论与他们相反，甚至认为他们与他们无关。”张蒙恬说道。

至于为什么研究结论差异很大，主要是因为Ia型超新星的光度并不完全一致。张蒙恬介绍说，影响发光度的因素很多，包括金属丰度、自转、伴星性质和其前身恒星的灭绝，以及超新星观测的难度和器件之间的差异等。这会增加测量误差并对结果产生更大的影响。这些因素之间也可能存在一定程度的耦合，在修正超新星光度时会相互干扰，影响修正结果。事实上，这些结论是基于邻近星系中Ia型超新星大样本的统计结果，当它们应用于单个高红移星系和Ia型超新星时，会有很大程度的偏差张蒙恬说，在未来几年，许多大视场的天空调查将陆续展开。例如，利用美国宽视场天空测量反射望远镜和中国的空间望远镜，将会发现更多高红移的Ia型超新星并进行精确测量，从中选择更纯的“标准蜡烛”，这样测量的宇宙学参数将会更加可靠。

暗能量守护者:超新星并不是唯一的

现代宇宙学研究表明宇宙主要由常规物质、暗物质和暗能量组成。其中，暗能量占70%以上，是宇宙中最大的成分。尽管有许多理论来解释暗能量，暗能量的确切形式仍然不清楚。

正是因为暗能量的神秘，许多人想知道，如果这项新研究的结论得到进一步证实，这是否意味着暗能量不再存在？宇宙的历史会被改写吗？

在张蒙恬看来，1A型超新星并不是加速宇宙膨胀和暗能量理论的唯一证据，微波背景辐射和重子声波振荡也在一定程度上证实了这些结论。

中国科技大学物理系天文学教授蔡义夫也表达了同样的观点。

蔡义夫说宇宙微波背景辐射和重子声波振荡可以像超新星一样作为宇宙距离测量的尺度。它们都有特定的关系，可以确认宇宙的红移和距离，但是每个单独的距离测量都有不确定性，它们在不同的时期测量宇宙。例如，微波背景辐射测量宇宙创建38万年后的宇宙，重子声波振荡可以测量几十亿年甚至100亿年前的宇宙，超新星测量过去几十亿年内的宇宙状态。

可以看出，宇宙进化的确切时间并不精确到几分钟和几秒钟，但在亿万年里有一个误差。

”因此，如果任何观测数据仅用作证据，很难解释宇宙中发生了什么，但确实如此