远古超新星和宇宙膨胀

一个天体 三个光斑

2023年3月，科学家在詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的多幅照片中发现了一颗1a类超新星——SN H0pe。在这些照片中，这颗超新星（即爆发的恒星）呈现为一条橘红色光弧，其上有三个亮斑。这条光弧环绕着一个星系团——PLCK G165.7+67.0 （简称G165）的一部分，而G165距离地球大约45亿光年。

这条光弧是引力透镜效应的产物。当一个遥远天体（例如超新星）发出的光线通过被一个前方天体（例如一个大星系，它正好位于这个天体与观测者之间）的引力扭曲时，就会产生引力透镜效应。此效应会放大这个遥远天体的影像，从而使科学家更容易分析该天体。

这条光弧上的三个亮斑，让这条光弧看上去就像是来自三个独立光源。但事实上，这颗距离地球大约160亿光年的超新星被引力透镜效应复制了两次，再加上它自身，就导致光弧中出现了三个亮斑，而这颗超新星其实只是其中的一个亮斑。

哈勃紧张 一大困扰

在最近发表的一项研究中，科学家认为超新星SN H0pe可能有助于破解有关宇宙膨胀的一大谜题——哈勃紧张。所谓“哈勃紧张”，是指用两种方法估算的宇宙膨胀速度（即哈勃常数）之间有偏差。方法一是通过测量宇宙微波背景（简称CMB，是指源自宇宙大爆炸的剩余辐射，在1964年才被首次探测到），算出一个哈勃常数值。方法二是通过测量一些天体（例如星系和超新星）正在远离我们的速度，但由此得到的哈勃常数值高于CMB值。

这个问题已经困扰了科学家几十年，原因是没有明确的理由来解释为什么用这两种方法算出的哈勃常数值会有不同。这个谜题甚至让一些科学家认为这是宇宙学中的一大危机。

SN H0pe可能有助于解决哈勃紧张，这是因为它是一颗1a类型的超新星。这类超新星被科学家称为“标准蜡烛”，原因是在我们测量宇宙膨胀时，它们可以被视为一种非常可靠的参考点。

难题破解 尚待时日

1a类超新星非常明亮，初始亮度几乎相同，而且随着时间推移逐渐变暗的速度也相似。通过比较这些位于不同距离的“标准蜡烛”，科学家可以精确计算它们离开我们的速度，从而推断宇宙的膨胀速度。

SN H0pe是一种特别重要的“标准蜡烛”，因为它是迄今为止离地球第二远的超新星。强烈的引力透镜效应，以及在詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的新照片中出现的复制效应，为科学家提供了帮助解决哈勃紧张的更多信息。

利用被复制的超新星解决哈勃紧张并非新观点。在2023年5月，科学家使用一颗再次出现并经过四倍透镜作用的超新星的数据，计算出了一个新的哈勃常数值。虽然这个值与CMB值仍然存在差异，但差距在缩小，而且差异的原因也得到了推断。这意味着最终可能会使这两种方法计算的哈勃常数值相同。

目前尚不清楚SN H0pe是否能用于更准确地计算哈勃常数值。然而，科学家对詹姆斯·韦伯望远镜的观测能力充满信心，他们相信将来会发现更遥远的“标准蜡烛”，最终解决哈勃紧张的问题。