這場爭論的核心,是一個叫做"哈勃常數(shù)"的數(shù)值,它描述宇宙膨脹的速度,單位是每百萬秒差距每秒多少公里。
兩種方法的精度都已達到約1%,誤差范圍互不重疊,這個差距被稱為"哈勃張力",在統(tǒng)計上的顯著性已超過5個標準差。這意味著,要么其中一種測量存在尚未發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)誤差,要么人類對宇宙的標準認知本身就存在根本性的缺陷。
爭了十幾年,誰也說服不了誰。研究人員迫切需要一種完全獨立于以上兩種方法的第三條路。
引力透鏡時延宇宙學(xué),正是這第三條路的核心邏輯。
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雪莉·蘇尤預(yù)計安魂曲超新星將在今年或明年再次出現(xiàn)。它可能對測定哈勃常數(shù)至關(guān)重要。阿斯特麗德·埃克特/TUM
當(dāng)一個大質(zhì)量天體,比如星系團,恰好位于遙遠超新星與地球之間時,它的引力會像一塊巨型玻璃一樣彎曲超新星發(fā)出的光線。光沿著不同路徑傳播,路徑長短不一,抵達地球的時間因此產(chǎn)生差異,同一次爆炸的閃光,就會在不同地點、不同時間反復(fù)出現(xiàn),宛如一顆恒星接連"復(fù)活"多次。
這套方法的高明之處在于它的純粹性:不需要依賴造父變星或Ia型超新星的天體物理假設(shè),也不對暗物質(zhì)和暗能量的分布做任何預(yù)設(shè)。只需精確測量閃光之間的時間延遲,再結(jié)合引力透鏡的質(zhì)量模型進行幾何計算,就可以直接得出超新星的絕對距離,進而推算哈勃常數(shù)。
這個思路最早由挪威天體物理學(xué)家雷夫斯達爾(Sjur Refsdal)在1964年提出,彼時引力透鏡還只是理論概念,連一例真實觀測都沒有。半個世紀后,他的預(yù)言終于有了落地的條件。
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圖形:N. BURGESS/《科學(xué)》雜志;數(shù)據(jù):NASA;衛(wèi)星圖像:STEVEN RODNEY/南卡羅來納大學(xué);GABRIEL BRAMMER/宇宙黎明中心/尼爾斯·玻爾研究所/哥本哈根大學(xué);圖像處理:JOSEPH DEPASQUALE/STSCI
SN Requiem正是目前這條路上最受期待的目標。這顆超新星已在2016年留下了三個閃光圖像,蘇尤團隊組織七個獨立小組分別對前景星系團的質(zhì)量分布進行建模,綜合七套模型后將第四次重現(xiàn)的時間窗口從最初預(yù)估的20年后大幅壓縮至10年以內(nèi),指向2026至2027年。
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前景星系(中心)如同透鏡一般,在2014年產(chǎn)生了背景超新星的四幅圖像。這顆超新星被命名為SN Refsdal,以紀念50年前預(yù)言了這一效應(yīng)的Sjur Refsdal。參與拍攝的人員包括:NASA、ESA、S. Rodney/JHU、FrontierSN團隊、T. Treu/UCLA、P. Kelly/UC Berkeley、GLASS團隊、J. Lotz/STScI、Frontier Fields團隊、M. Postman/STScI、CLASH團隊以及Z. Levay/STScI。
目前,哈勃望遠鏡已開始每月定期監(jiān)測SN Requiem所在的天區(qū),一旦發(fā)現(xiàn)異常,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將立即跟進,以更高分辨率捕捉這場光變秀的全過程。
樣本量的急劇擴大,意味著時延宇宙學(xué)的精度有望在未來數(shù)年內(nèi)突破1%,正式與兩種傳統(tǒng)方法站上同一競技臺,屆時哈勃張力究竟是測量誤差還是新物理的信號,將有一個清晰得多的答案。諾貝爾獎得主、加州大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家珀爾穆特(Saul Perlmutter)用一句話概括了當(dāng)下的時刻:"我們即將揭開帷幕。"
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