最遥远的烛光

（文 / 苗千）

( 一名宇航员正在安装哈勃望远镜的宽视场照相机3号。正是这部相机拍摄到了SN SCP- 0401超新星的爆发 )

想象当你打开电视机，随便调着频道，忽然发现了一个实况转播：一颗星星即将爆炸，然而电视上显示的时间却是在10亿年前！这个星星即将通过自身的爆炸发出耀眼的光芒，然后慢慢黯淡……当这场爆炸发生的时候，太阳系还没有形成，地球也还没有形成，智慧生命更是远还没有进化出现——2011年诺贝尔物理奖得主、美国劳伦斯伯克利国家实验室的天文学家索尔·波尔马特（Saul Permutter）这样描述这个天文学的最新发现。

一组来自美国、英国、澳大利亚等国家的天文学家，最近在进行“超新星宇宙学计划”的天文观测，通过在地球轨道上的哈勃空间望远镜发现了目前距离地球最遥远的Ia型超新星爆发，这颗超新星爆发于大约100亿年前，而它的光芒才刚刚到达地球，天文学家们“实况”观测到了一颗在100亿年前死亡的星星。

为超新星宇宙学计划工作的科学家大卫·鲁宾（David Rubin）在2013年1月6日召开的美国天文学会会议上公布了这个发现，为了纪念一位爵士音乐家，这颗被正式命名为SN SCP-0401的超新星已经有了一个绰号“Mingus”。这颗遥远的超新星对于天文学家们来说看上去非常清晰，它距离地球足有100亿光年的距离。这颗古老的超新星对于天文学研究可能有着非常重要的意义，因为对于地球来说，它是宇宙中最遥远的“烛光”。

在进行天文学观测时，天文学家首先需要寻找一些相对的标尺来确定所观测目标与地球的距离，因此，一些稳定并且被天文学家所熟悉的天体就像是一个个在宇宙中缓慢燃烧的蜡烛，它们的光芒被当作“标准烛光”，用来衡量天体与地球的距离。在银河系或是临近的星系中，天文学家们通常依靠造父变星作为标准烛光。这种天体的亮度与其闪烁的间隔相关，因此天文学家可以通过观测它闪烁的间隔来计算它的真实亮度，再与它被观测到的亮度相对比，就可以计算出它到地球的距离。

但是对于宇宙中一些更遥远的天体，天文学家们就需要找到一些更加明亮天体作为标准烛光，超新星是其中的最佳候选者。宇宙中有很大一部分恒星都处在双星系统之中，当一颗恒星走到生命的尽头，不再有燃料进行核聚变，它的残骸会成为一个白矮星，而一个主要由碳和氧元素组成的白矮星则可能发生进一步的核聚变，这就会造成超新星爆发。一个主要由碳和氧元素组成的白矮星，塌缩之后非常的致密，它可以通过引力作用逐渐从它的伴星中获取质量。当这个白矮星的质量逐渐积累到大约1.4倍太阳质量的极限时，其核心部分会因为巨大的压力和温度被触发，被引爆成为一次剧烈的Ia型超新星爆发，在爆发最猛烈的时刻，它的亮度可以达到太阳亮度的数十亿倍。因为每一次Ia型超新星爆发时的质量都差不多，爆发的强度和亮度也就都相似。通过测量已知距离的星系中的Ia型超新星的亮度，就可以校准超新星爆发的峰值亮度和光变曲线形状的关系，这样天文学家们就可以把Ia型超新星作为宇宙中的标准烛光。

( 天文学家索尔·波尔马特 )

平均说来，在一个星系中每几十年中会出现一次超新星爆发，但是人类从古至今观测到的超新星仍然远远少于理论上的数值，大多数超新星爆发的光芒都被宇宙尘埃所吞没，没有到达地球。这使被人类观测到的超新星更显珍贵。

最新发现的SN SCP-0401超新星，正是目前人类所探知到的、宇宙中最遥远的标准烛光。这颗在100亿年之前爆发的来自宇宙远古时代的超新星，它的光芒到达地球轨道时已经非常黯淡，天文学家们花了很大力气来确认它的身份。超新星宇宙学计划的天文学家们早在2004年就发现了这颗星星的存在，但是直到2009年，哈勃空间望远镜装备了新的宽视场相机3，使望远镜的精度提高了几倍，才进行了更清晰的观测。大卫·鲁宾之后又对比了它与其他已知Ia型超新星的光谱，才确认它是一颗Ia型超新星。大卫·鲁宾比喻说，在地球观测SN SCP-0401超新星，“就好像是在300英里以外观察一个萤火虫”。

这颗超新星因为它的古老和遥远而对天文学家来说格外珍贵。通过研究它的光谱的特点，天文学家们希望可以了解宇宙膨胀的历史，因此也就有可能揭开目前宇宙学中最大的谜团——暗能量之谜。超新星宇宙学计划的领导者索尔·波尔马特正是通过研究超新星与地球的距离，在1998年发现了宇宙的膨胀正在加速这个让天文学家之前难以想象的事实，他也因为这个发现获得了2011年的诺贝尔物理奖。人类在认识到宇宙膨胀正在加速后，才认识到了在宇宙中存在着推动宇宙加速膨胀的“暗能量”。我们目前可以观测到的“物质”只占宇宙组成的很小一部分，宇宙中更主要的组成则是暗物质与暗能量，但是暗物质与暗能量的本质是什么，这对于当代天文学家和物理学家来说仍然是一个谜。

暗能量是否在宇宙中一直存在？它是否随着时间而改变？SN SCP-0401超新星爆发于宇宙的早期（大约在宇宙大爆炸37亿年之后），而它爆发的光芒在宇宙中旅行了100亿年之久，宇宙学家们希望通过研究SN SCP-0401超新星光谱的红移现象来了解暗能量和宇宙膨胀的历史。

曾经在超新星宇宙学计划工作的宇宙学家阿莱克斯·菲利潘科（Alex Filippenko）一直通过超新星光谱的红移来研究宇宙膨胀的历史。他通过大量的超新星光谱分析结果得出结论，宇宙的膨胀并非一直在加速，有99%的可能性是宇宙在诞生后的90亿年里都在减速膨胀，而之后又突然转变为加速膨胀。菲利潘科的结论是否正确，在宇宙膨胀过程中，暗能量究竟起了什么样的作用，天文学家们希望可以从SN SCP-0401超新星的光谱中找到答案。

大卫·鲁宾和其他几位超新星宇宙学计划项目的科学家根据这个发现撰写了论文《对通过哈勃空间望远镜确认的最远距离Ia型超新星的精确测量》（Precision Measurement of the Most Distant Spectroscopically Confirmed Supernova Ia with the Hubble Space Telescope），详细讨论了对SN SCP-0401超新星的发现和测量过程。他们在论文中说明，目前已经有92%的把握证明这颗星星是一个Ia型超新星，这篇论文在2013年1月20日发表在《天体物理学》（Astrophysical Journal）杂志上，将会使这颗超新星获得更多的关注。

宇宙学家们在研究这个最新发现的同时，对于仍然在地球轨道上工作的哈勃空间望远镜也充满了感激之情。这个由美国航空航天局和欧洲航天局联合研制的空间望远镜，在1990年4月由“发现号”航天飞机送上地球轨道，已经经历了5次升级，持续工作了23年，做出了众多的天文学发现。在哈勃空间望远镜之前，没有其他望远镜可以看到宇宙深处，当它探索宇宙中一处看上去空白的区域，却往往可以发现数以千计的星系。在哈勃空间望远镜进行观测之前，宇宙学家们只能确定宇宙的年龄在100亿至200亿年，正是哈勃空间望远镜通过观测宇宙的膨胀速度来进一步确定了宇宙的年龄。美国航空航天局在2013年1月刚刚宣布，哈勃空间望远镜将会继续工作至少到2018年，届时它的下任——计划耗资87亿美元的詹姆斯·韦伯空间望远镜将会代替它的角色。但在几年之内，哈勃空间望远镜仍然将是天文学家们值得信赖的眼睛，探索宇宙的最神秘处。 遥远烛光