张大妈

超新星“重播”能否终结宇宙学“冷战”

源自新浪微博:Steed的围脖

01-21 20:21

宇宙膨胀速率的测量结果存在巨大分歧,即“哈勃张力”,动摇着现代宇宙学根基。詹姆斯·韦布太空望远镜利用引力透镜效应,捕捉到数十亿年前的超新星“重播”信号。这种全新的测量方法独立于传统手段,有望为这场旷日持久的争论提供最终答案,甚至揭示全新物理学。

超新星“重播”能否终结宇宙学“冷战”

超新星“重播”能否终结宇宙学“冷战”智能速览

  • 宇宙膨胀速率存在两种测量结果,即“哈勃张力”。

  • 韦布望远镜意外捕捉到名为阿瑞斯和雅典娜的超新星。

  • 星系团的引力透镜效应让同一次超新星爆发多次成像。

  • 通过测量不同成像的时间差,可独立推算宇宙膨胀历史。

  • 雅典娜的“重播”预计在2-3年后到来,阿瑞斯则需60年。

超新星“重播”能否终结宇宙学“冷战”精华内容

面对宇宙学基础的动摇,科学家们迎来了一种全新的、几乎完美的测量工具,它来自数十亿光年外的宇宙深处。

哈勃常数之争

宇宙学界长期争论宇宙膨胀的具体速率,这一数值被称为“哈勃常数”。通过观测宇宙大爆炸余晖——宇宙微波背景辐射,计算出的结果约为67。而通过观测邻近星系中的造父变星,得出的结果却是73。这两个数值间的差距远超误差范围,构成了著名的“哈勃张力”。这暗示着,要么其中一种测量方法存在未被发现的系统误差,要么就是现有的宇宙学标准模型存在根本性的缺陷。

宇宙放大镜

破解僵局的关键来自詹姆斯·韦布太空望远镜的意外发现。它捕捉到两颗来自数十亿年前的超新星“阿瑞斯”和“雅典娜”。它们的光线本已微弱到无法观测,但幸运的是,途中经过的巨大星系团发挥了引力透镜效应。根据爱因斯坦的广义相对论,巨大质量会弯曲时空,星系团就像一个天然的宇宙放大镜,不仅将超新星的亮度放大,还把它的光线分成了多股,从而在地球的观测中形成了多个“分身”影像。

时光重播

引力透镜最奇妙的应用在于时间的延迟。光线从超新星出发,经过星系团时因路径不同,到达地球所需的时间也各不相同。因此,同一次超新星爆发的画面,会像电视重播一样,在不同时间点被我们接收到。科学家只要能精确测量这些“重播”影像到达地球的时间差,并结合星系团的质量分布模型,就能直接推算出宇宙的膨胀历史。这种方法不依赖任何传统假设,是纯粹基于几何和时间的独立验证。

一场60年的接力

这两颗超新星提供了截然不同的验证时间窗口。超新星“雅典娜”的下一个重播影像预计在两三年后抵达,天文学家正准备借此验证现有宇宙模型。而“阿瑞斯”的下一个重播则需大约60年。这是一场跨越世代的科学接力,当代科学家能做的,是利用最先进技术预测其出现位置,将这份观测档案封存,留给未来的同行。60年后,无论宇宙学理论如何发展,人类都将接收这份来自2025年的时空问候,完成一次跨越世纪的宇宙测量。

这两颗超新星的“重播”,不仅是测量宇宙的标尺,更是一场跨越时空的科学接力。它将检验现有理论的边界,也可能推开通往新物理学的大门,未来的答案值得期待。

精选参考来源

宇宙学界正面临一场持续多年的“冷战”。大家早就知道宇宙在膨胀,但对于“膨胀有多快”这个问题,科学家却怎么也谈不拢。这个膨胀速率被称为“哈勃常数”。尴尬的是,当我们用测量宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸余晖)的方法去算,得到的结果是67;而当我们观测邻近星系中的造父变星(一种亮得很标准的恒星)来算,结果却是73。这两个数字看起来相差不大,但在精密科学里,简直就是鸿沟。这暗示,要么我们测量出了错,要么就是我们现有的物理学理论存在巨大的漏洞。这便是著名的“哈勃张力”。就在局面陷入僵局时,詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)在一个名为“VENUS”的观测项目中,意外捕捉到了两位来自数十亿年前的超新星。它们或许能一锤定音,终结这场争吵。这两颗超新星的代号分别是“阿瑞斯”(Ares)和“雅典娜”(Athena)。它们早已在几十亿年前爆发,化为灰烬。按理说,像它们这么遥远且古老的天体,光芒微弱到几乎无法被看见。但幸运的是,挡在它们和地球之间的巨大星系团,帮了大忙。根据爱因斯坦的广义相对论,质量巨大的物体会压弯周围的时空。星系团就像一个天然的巨型放大镜,不仅把背后超新星微弱的光放大了,还将光线劈成了好几股。于是,在韦布望远镜眼中,我们看到的不是一颗超新星,而是同一颗超新星在不同位置生成的多个“分身”。最奇妙的事情发生了。因为光线经过星系团时走的路径不同,有的路直一点,有的路弯一点,路程长短自然不一样。哪怕光速再快,走完这些不同的路程也需要花费不同的时间。这意味着,同一场超新星爆发的画面,会像电影重播一样,分批次到达地球。这就是破解哈勃张力的关键钥匙。只要我们精准测出这些不同“重播画面”到达地球的时间差,再结合星系团的质量分布,就能直接计算出宇宙的膨胀历史。这种方法完全独立于之前那两种吵架的方法,不依赖任何假设,纯粹靠几何和时间。名为“雅典娜”的超新星比较“急性子”。根据计算,它的下一个重播画面将在两三年后抵达地球。天文学家已经摩拳擦掌,准备在那个时间窗口验证现有的宇宙学模型。如果测出的数据能站队到67或73的一边,新的物理学大门可能就此打开。而另一颗名为“阿瑞斯”的超新星,则显得更加沉稳。它爆发于宇宙只有40亿岁的时候,光芒在路途中被宇宙膨胀拉伸了漫长的岁月。天文学家预测,阿瑞斯的下一个重播画面,将在大约60年后才能抵达地球。这是一场长达一个甲子的等待。对于今天的许多研究者来说,这已经超过了职业生涯的长度,甚至超过了余生的长度。现在的科学家能做的,就是利用目前最先进的技术,精准预测它出现的时间和位置,然后把这份档案封存,留给未来的同行。60年后,当阿瑞斯的光芒再次点亮,那时的天文学家或许已经有了全新的理论,甚至不再纠结于哈勃常数。但他们应该会把望远镜对准那个预定坐标,接收一份来自2025年的问候。这场测量,注定是一场跨越代际的接力。在恒星爆炸的尸骸中,人类将丈量宇宙的呼吸。~~~~~~图一,星系团MACS J0308,作为引力透镜,放大了超新星阿瑞斯;图二,星系团MACS J0417,作为引力透镜,放大了超新星雅典娜;图三,隐匿在两个星团系中的超新星阿瑞斯(上)和雅典娜(下)。借助引力透镜,它们的影像将在数年或数十年后“重播”。这种跨越时光的延迟,成为了我们精准丈量宇宙膨胀率的标尺;图四,星系团MJ0308引力透镜效应的示意图。大约60年后,超新星阿瑞斯将在靠近星系团中心的影像中再次点亮。根据相对论,光线越是贴近引力中心穿行,时间被拉伸得越长,这场重逢也就来得越晚;图源:NASA / ESA / CSA信源:Evan Gough 发在 Universe Today 的相关报道
内容由AI生成

精选参考来源

宇宙学界正面临一场持续多年的“冷战”。大家早就知道宇宙在膨胀,但对于“膨胀有多快”这个问题,科学家却怎么也谈不拢。这个膨胀速率被称为“哈勃常数”。尴尬的是,当我们用测量宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸余晖)的方法去算,得到的结果是67;而当我们观测邻近星系中的造父变星(一种亮得很标准的恒星)来算,结果却是73。这两个数字看起来相差不大,但在精密科学里,简直就是鸿沟。这暗示,要么我们测量出了错,要么就是我们现有的物理学理论存在巨大的漏洞。这便是著名的“哈勃张力”。就在局面陷入僵局时,詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)在一个名为“VENUS”的观测项目中,意外捕捉到了两位来自数十亿年前的超新星。它们或许能一锤定音,终结这场争吵。这两颗超新星的代号分别是“阿瑞斯”(Ares)和“雅典娜”(Athena)。它们早已在几十亿年前爆发,化为灰烬。按理说,像它们这么遥远且古老的天体,光芒微弱到几乎无法被看见。但幸运的是,挡在它们和地球之间的巨大星系团,帮了大忙。根据爱因斯坦的广义相对论,质量巨大的物体会压弯周围的时空。星系团就像一个天然的巨型放大镜,不仅把背后超新星微弱的光放大了,还将光线劈成了好几股。于是,在韦布望远镜眼中,我们看到的不是一颗超新星,而是同一颗超新星在不同位置生成的多个“分身”。最奇妙的事情发生了。因为光线经过星系团时走的路径不同,有的路直一点,有的路弯一点,路程长短自然不一样。哪怕光速再快,走完这些不同的路程也需要花费不同的时间。这意味着,同一场超新星爆发的画面,会像电影重播一样,分批次到达地球。这就是破解哈勃张力的关键钥匙。只要我们精准测出这些不同“重播画面”到达地球的时间差,再结合星系团的质量分布,就能直接计算出宇宙的膨胀历史。这种方法完全独立于之前那两种吵架的方法,不依赖任何假设,纯粹靠几何和时间。名为“雅典娜”的超新星比较“急性子”。根据计算,它的下一个重播画面将在两三年后抵达地球。天文学家已经摩拳擦掌,准备在那个时间窗口验证现有的宇宙学模型。如果测出的数据能站队到67或73的一边,新的物理学大门可能就此打开。而另一颗名为“阿瑞斯”的超新星,则显得更加沉稳。它爆发于宇宙只有40亿岁的时候,光芒在路途中被宇宙膨胀拉伸了漫长的岁月。天文学家预测,阿瑞斯的下一个重播画面,将在大约60年后才能抵达地球。这是一场长达一个甲子的等待。对于今天的许多研究者来说,这已经超过了职业生涯的长度,甚至超过了余生的长度。现在的科学家能做的,就是利用目前最先进的技术,精准预测它出现的时间和位置,然后把这份档案封存,留给未来的同行。60年后,当阿瑞斯的光芒再次点亮,那时的天文学家或许已经有了全新的理论,甚至不再纠结于哈勃常数。但他们应该会把望远镜对准那个预定坐标,接收一份来自2025年的问候。这场测量,注定是一场跨越代际的接力。在恒星爆炸的尸骸中,人类将丈量宇宙的呼吸。~~~~~~图一,星系团MACS J0308,作为引力透镜,放大了超新星阿瑞斯;图二,星系团MACS J0417,作为引力透镜,放大了超新星雅典娜;图三,隐匿在两个星团系中的超新星阿瑞斯(上)和雅典娜(下)。借助引力透镜,它们的影像将在数年或数十年后“重播”。这种跨越时光的延迟,成为了我们精准丈量宇宙膨胀率的标尺;图四,星系团MJ0308引力透镜效应的示意图。大约60年后,超新星阿瑞斯将在靠近星系团中心的影像中再次点亮。根据相对论,光线越是贴近引力中心穿行,时间被拉伸得越长,这场重逢也就来得越晚;图源:NASA / ESA / CSA信源:Evan Gough 发在 Universe Today 的相关报道

0
扫一下,分享更方便,购买更轻松
0评论

当前文章无评论,是时候发表评论了
提示信息

取消
确认
评论举报

最新文章 热门文章