測(cè)量哈勃常數(shù)，即宇宙膨脹的速率，是世界各地天文學(xué)家研究的一個(gè)活躍領(lǐng)域，他們分析來自地面和太空天文臺(tái)的數(shù)據(jù)。美國(guó)國(guó)家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)為這個(gè)正在進(jìn)行的討論做出了貢獻(xiàn)。今年早些時(shí)候，天文學(xué)家利用韋伯望遠(yuǎn)鏡中包含造父變星和Ia型超新星(測(cè)量宇宙膨脹率的可靠距離標(biāo)記)的數(shù)據(jù)，證實(shí)了美國(guó)宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡之前的測(cè)量結(jié)果。

現(xiàn)在，研究人員正在使用一種獨(dú)立的測(cè)量方法來進(jìn)一步提高哈勃常數(shù)——引力透鏡超新星的精度。來自亞利桑那大學(xué)的布倫達(dá)·弗萊(Brenda Frye)和來自世界各地不同機(jī)構(gòu)的許多研究人員組成的團(tuán)隊(duì)，在韋伯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)遙遠(yuǎn)而人口稠密的星系團(tuán)方向上的三個(gè)光點(diǎn)后，領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(Space Telescope Science Institute)最近邀請(qǐng)弗萊博士向我們?cè)敿?xì)介紹該團(tuán)隊(duì)給超新星hope起的綽號(hào)，以及引力透鏡效應(yīng)如何為哈勃常數(shù)提供洞見。

“這一切都始于團(tuán)隊(duì)提出的一個(gè)問題:‘以前沒有的那三個(gè)點(diǎn)是什么?那可能是超新星嗎?’”她說。“這些光點(diǎn)在2015年哈勃對(duì)同一個(gè)星團(tuán)的成像中是不可見的，當(dāng)韋伯對(duì)主要河外區(qū)域的再電離和透鏡科學(xué)(珍珠)保證時(shí)間觀測(cè)到達(dá)地球時(shí)，PLCK G165.7+67.0的圖像就很明顯了。”“集群”計(jì)劃。研究小組指出，這個(gè)問題首先出現(xiàn)在人們的腦海中是有充分理由的:“G165被選為這個(gè)項(xiàng)目的區(qū)域，是因?yàn)樗暮阈切纬伤俣群芨?，每年超過300個(gè)太陽質(zhì)量，這一屬性與更高的超新星率有關(guān)?！?/p>

初步分析證實(shí)，這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一顆爆炸的恒星，一顆具有罕見品質(zhì)的恒星。首先，它是一顆Ia型超新星，一顆白矮星的爆炸。這種類型的超新星通常被稱為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，這意味著超新星具有已知的固有亮度。其次，它是引力透鏡。

“引力透鏡對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)很重要。透鏡由位于超新星和我們之間的星系團(tuán)組成，它將超新星的光彎曲成多個(gè)圖像。這類似于一個(gè)三面梳妝鏡如何呈現(xiàn)一個(gè)人坐在它前面的三張不同的圖像。在韋伯的圖像中，這一點(diǎn)就在我們眼前證明了，中間的圖像相對(duì)于其他兩個(gè)圖像是翻轉(zhuǎn)的，這是理論預(yù)測(cè)的“透鏡”效應(yīng)。

“為了獲得三幅圖像，光線沿著三條不同的路徑傳播。由于每條路徑的長(zhǎng)度不同，光以相同的速度傳播，韋伯望遠(yuǎn)鏡在超新星爆炸的三個(gè)不同時(shí)間拍攝了這顆超新星的圖像。在三面鏡子的類比中，隨后出現(xiàn)了一個(gè)時(shí)間延遲，右邊的鏡子描繪了一個(gè)人拿起梳子，左邊的鏡子描繪了一個(gè)人正在梳理頭發(fā)，中間的鏡子顯示了一個(gè)人放下梳子。

“三重超新星圖像是特別的:時(shí)間延遲，超新星距離和引力透鏡特性產(chǎn)生哈勃常數(shù)或H0(發(fā)音為h -零)的值。這顆超新星被命名為sn0pe，因?yàn)樗o天文學(xué)家?guī)砹烁玫亓私庥钪媾蛎浡首兓南Ｍ?/p>

“為了進(jìn)一步探索SN hope, PEARLS-Clusters團(tuán)隊(duì)撰寫了一份韋伯董事自由裁量時(shí)間(DDT)提案，該提案由科學(xué)專家在雙匿名審查中進(jìn)行評(píng)估，并由韋伯科學(xué)政策小組推薦用于DDT觀測(cè)。與此同時(shí)，在亞利桑那州霍普金斯山上的6.5米望遠(yuǎn)鏡MMT和格雷厄姆山上的大型雙筒望遠(yuǎn)鏡也獲得了數(shù)據(jù)。在分析這兩個(gè)觀測(cè)結(jié)果后，我們的團(tuán)隊(duì)能夠確認(rèn)SN hope被錨定在一個(gè)背景星系上，在大爆炸后35億年的星團(tuán)后面。

“SN hope是迄今為止觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的Ia型超新星之一。另一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員通過分析它的光分散到它的組成顏色或韋伯的“光譜”的演變，進(jìn)行了另一個(gè)時(shí)間延遲測(cè)量，確認(rèn)了SN ho0pe的Ia型性質(zhì)。

七個(gè)小組貢獻(xiàn)了描述星系團(tuán)二維物質(zhì)分布的透鏡模型。由于Ia型超新星是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的蠟燭，每個(gè)透鏡模型都是根據(jù)其預(yù)測(cè)時(shí)間延遲和超新星亮度相對(duì)于真實(shí)測(cè)量值的能力來“分級(jí)”的。

“為了防止偏見，這些獨(dú)立群體的結(jié)果被盲化，并在宣布的‘現(xiàn)場(chǎng)盲化’的日期和時(shí)間相互公布?！痹搱F(tuán)隊(duì)報(bào)告哈勃常數(shù)的值為每百萬秒差距75.4公里每秒，加上8.1或減去5.5。1秒差距相當(dāng)于3.26光年的距離。這是用這種方法對(duì)哈勃常數(shù)的第二次測(cè)量，也是第一次使用標(biāo)準(zhǔn)蠟燭。“珍珠”項(xiàng)目的首席研究員說:“這是韋伯望遠(yuǎn)鏡的重大發(fā)現(xiàn)之一，它將幫助我們更好地理解宇宙的這個(gè)基本參數(shù)。”

“我們團(tuán)隊(duì)的結(jié)果是有影響力的:哈勃常數(shù)值與當(dāng)?shù)赜钪嬷械钠渌麥y(cè)量值相匹配，并且與宇宙年輕時(shí)獲得的值有些緊張。韋伯在周期3的觀測(cè)將改善不確定性，允許對(duì)H0進(jìn)行更敏感的約束?！?/p>