破解哈勃张力：韦伯的精确测量揭示了宇宙膨胀之谜

破解哈勃张力：韦伯的精确测量揭示了宇宙膨胀之谜NGC5468是一个距离地球约1.3亿光年的星系，这张照片结合了哈勃和詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据。这是哈勃发现的最远的仙王座变星星系。它们是测量宇宙膨胀率的重要里程标。根据仙王座变星计算出的距离与该星系中的一颗Ia型超新星相互关联。Ia型超新星的亮度非常高，它们被用来测量远超过蛇夫座星系范围的宇宙距离，从而将宇宙膨胀率的测量扩展到更深的空间。资料来源：NASA,ESA,CSA,STScI,AdamG.Riess(JHU,STScI)宇宙膨胀的速度，即哈勃常数，是了解宇宙演化和最终命运的基本参数之一。然而，用各种独立的距离指标测得的哈勃常数值与根据宇宙大爆炸余辉预测的值之间存在着持续的差异，这种差异被称为"哈勃张力"（HubbleTension）。NASA/ESA/CSA詹姆斯-韦伯太空望远镜证实，哈勃太空望远镜敏锐的目光一直都是正确的，消除了人们对哈勃测量结果的疑虑。哈勃的历史成就建造NASA/ESA哈勃太空望远镜的科学依据之一是利用其观测能力为宇宙膨胀率提供一个精确的数值。在哈勃望远镜于1990年发射之前，地面望远镜的观测结果存在巨大的不确定性。根据推导出的宇宙膨胀率数值，宇宙的年龄可能在100亿年到200亿年之间。在过去的34年中，哈勃已经将这一测量值的精确度缩减到了百分之一以下，将两者的年龄差值缩小到了138亿年。哈勃通过测量被称为"仙王座变星"的重要里程碑，完善了所谓的"宇宙距离阶梯"，从而实现了这一目标。然而，哈勃值与其他测量结果并不一致，其他测量结果表明宇宙在大爆炸后膨胀得更快。这些观测数据是由欧空局普朗克卫星对宇宙微波背景辐射绘制的地图得出的，宇宙微波背景辐射是宇宙从大爆炸冷却下来后结构演变的蓝图。解决这个难题的简单办法是说，也许哈勃的观测结果是错误的，因为它对深空尺度的测量出现了误差。詹姆斯-韦伯太空望远镜的出现，让天文学家能够核对哈勃的观测结果。韦伯对仙王座的红外观测结果与哈勃的光学数据一致。韦伯证实了哈勃望远镜敏锐的目光一直都是正确的，消除了对哈勃测量结果的任何疑虑。这些并排图像的中心是一种特殊的恒星，它是测量宇宙膨胀速度的里程标--仙王座变星。这两幅图像的像素非常高，因为它们是一个遥远星系的放大图。每个像素代表一颗或多颗恒星。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）拍摄的图像在近红外波段要比哈勃望远镜（主要是可见光-紫外光望远镜）清晰得多。通过韦伯更清晰的视野来减少杂波，仙王座就能更清晰地显现出来，消除任何潜在的混淆。韦伯望远镜被用来观测一个仙王座样本，并证实了之前哈勃观测的准确性，而哈勃观测是精确测量宇宙膨胀速度和年龄的基础。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、AdamG.Riess（JHU、STScI）宇宙奥秘与理论挑战最重要的一点是，与早期宇宙的膨胀相比，近邻宇宙中发生的事情之间所谓的哈勃张力（HubbleTension）仍然是宇宙学家耿耿于怀的难题。空间结构中可能存在一些我们还不了解的东西。解决这一差异需要新的物理学吗？还是由于确定空间膨胀率的两种不同方法之间存在测量误差？哈勃和韦伯现在已经联手进行了明确的测量，进一步证明了是其他东西--而不是测量误差--在影响膨胀率。宇宙观测的进展巴尔的摩约翰-霍普金斯大学的物理学家亚当-里厄斯说："在消除了测量误差之后，剩下的就是我们误解了宇宙这一真实而令人兴奋的可能性。亚当因与他人共同发现了宇宙膨胀正在加速这一事实而获得诺贝尔奖，这一现象现在被称为'暗能量'。"作为交叉检验，2023年的首次韦伯观测证实，哈勃对膨胀宇宙的测量是准确的。然而，为了缓解"哈勃张力"，一些科学家推测，随着我们对宇宙的深入观察，测量中看不见的误差可能会增加并变得明显。特别是，恒星拥挤可能会系统地影响对更遥远恒星亮度的测量。合作验证与未来方向亚当领导的SH0ES（用于暗能量状态方程的超新星H0）小组利用韦伯望远镜获得了更多的观测数据，这些天体是关键的宇宙里程碑标记，被称为仙王座变星，现在可以与哈勃数据进行关联。亚当说："我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有把握地排除测量误差是哈勃张力的原因。"团队在2023年进行的前几次韦伯观测成功表明，哈勃在牢固确立所谓宇宙距离阶梯第一级的保真度方面走在了正确的道路上。这幅插图展示了天文学家用来计算宇宙随时间膨胀速度的三个基本步骤，这个值被称为哈勃常数。所有这些步骤都涉及建立一个强大的"宇宙距离阶梯"，首先测量附近星系的精确距离，然后再测量越来越远的星系。这个"阶梯"是一系列对不同种类天体的测量结果，研究人员可以利用这些天体的固有亮度来计算距离。对于较短的距离来说，最可靠的是仙王座变星，这些恒星以可预测的速率脉动，从而显示出它们的内在亮度。最近，天文学家利用哈勃太空望远镜观测了附近大麦哲伦云中的70个仙王座变星，对该星系进行了最精确的距离测量。天文学家将附近的仙王座变星的测量结果与更远星系的测量结果进行比较，这些星系还包括另一个宇宙尺度--被称为Ia型超新星的爆炸恒星。这些超新星比仙王座变星亮得多。天文学家用它们作为"里程标"，来测量从地球到遥远星系的距离。每一个标记都建立在"阶梯"的前一步之上。通过使用不同种类的可靠"里程标"来扩展"阶梯"，天文学家可以测出宇宙中非常遥远的距离。天文学家将这些距离值与整个星系的光线测量值进行比较，由于空间的均匀膨胀，星系的光线会随着距离的增加而逐渐变红。这样，天文学家就可以计算出宇宙膨胀的速度：哈勃常数。图片来源：NASA、ESA和A：NASA,ESAandA.Feild(STScI)宇宙距离阶梯的复杂性天文学家使用各种方法来测量宇宙中的相对距离，具体取决于所观测的天体。这些技术统称为宇宙距离阶梯--每一级阶梯或测量技术都依赖于前一级阶梯的校准。但一些天文学家认为，沿着"第二梯级"向外移动，如果仙王座的测量结果随着距离的增加而变得不那么精确，那么宇宙距离的阶梯可能会变得不稳固。出现这种不准确的情况可能是因为仙王座的光线可能会与邻近恒星的光线混合在一起--随着距离的增加，这种效应可能会变得更加明显，因为天空中的恒星会挤在一起，彼此变得更加难以区分。观测方面的挑战在于，过去哈勃拍摄的这些更遥远的仙王座变星的图像，在我们和它们的宿主星系之间的距离越来越远时，看起来与邻近的恒星更加拥挤和重叠，因此需要仔细考虑这种效应。中间的尘埃使可见光测量的确定性变得更加复杂。韦伯望远镜能穿过尘埃，自然地将倒灶系恒星与邻近恒星隔离开来，因为它在红外波段的视力比哈勃望远镜更敏锐。"韦伯望远镜和哈勃望远镜的结合为我们提供了两全其美的解决方案。我们发现，当我们沿着宇宙距离阶梯爬得更远时，哈勃的测量结果仍然是可靠的，"亚当说。新的韦伯观测结果包括八个Ia型超新星的五个宿主星系，共包含1000个蛇夫座天体，并延伸到蛇夫座天体测量结果最远的星系--距离1.3亿光年的NGC5468。"这横跨了我们用哈勃测量的全部范围。因此，我们已经走到了宇宙距离阶梯第二级的尽头，"合著者、巴尔的摩太空望远镜科学研究所的加甘迪普-阿南德（GagandeepAnand）说，该研究所为美国国家航空航天局（NASA）运营韦伯望远镜和哈勃望远镜。哈勃和韦伯对"哈勃张力"的确认，...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425375.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425375.htm

宇宙膨胀速度还在加快 科学家正寻求新的解释

宇宙膨胀速度还在加快科学家正寻求新的解释天文学家发现，宇宙膨胀正在加速，很可能是由于暗能量的作用，正如LambdaCDM模型所描述的那样。然而，膨胀率测量结果（即哈勃张力）的不一致性正促使人们研究新理论和修改现有模型。对天文学家来说，星系发出的光波长越长，星系远离我们的速度就越快。星系离我们越远，它的光线就越偏向光谱红色一侧的长波长--因此"红移"就越大。宇宙中的时间和距离因为光速是有限的、快速的，但并不是无限快的，所以看到远处的东西意味着我们看到的是它过去的样子。对于遥远的高红移星系，我们看到的是宇宙年轻时的样子。因此，"高红移"对应的是宇宙的早期，而"低红移"对应的是宇宙的晚期。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）的深场图像显示了宇宙中闪闪发光的星系。这是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。这张星系团SMACS0723的图像被称为"韦伯第一深场"，细节丰富。图片来源：NASA、ESA、CSA和STScI但随着天文学家对这些距离的研究，他们了解到宇宙不仅在膨胀，其膨胀速度还在加快。这种膨胀速度甚至比主要理论预测的还要快，这让像我这样的宇宙学家感到困惑，并在寻找新的解释。加速膨胀与暗能量科学家把这种加速的源头称为暗能量。我们还不太清楚是什么驱动了暗能量，也不知道它是如何工作的，但我们认为它的行为可以用宇宙学常数来解释。阿尔伯特-爱因斯坦最初提出了这个常数--他在广义相对论中用lambda标记了它。有了宇宙常数，随着宇宙的膨胀，宇宙常数的能量密度保持不变。想象一个装满粒子的盒子。如果盒子的体积增大，粒子的密度就会减小，因为它们会分散开来占据盒子里的所有空间。现在想象同一个盒子，但随着体积的增大，粒子的密度保持不变。这似乎并不直观，对吗？宇宙常数的能量密度并没有随着宇宙的膨胀而减少，这当然非常奇怪，但这一特性有助于解释加速膨胀的宇宙。LambdaCDM：宇宙学标准模型目前，宇宙学的主要理论或标准模型被称为"LambdaCDM"。Lambda表示描述暗能量的宇宙常数，CDM代表冷暗物质。这个模型既描述了宇宙晚期的加速度，也描述了宇宙早期的膨胀率。具体来说，LambdaCDM可以解释宇宙微波背景的观测结果，即宇宙大爆炸后大约30万年时宇宙处于"高温、高密度状态"时的微波辐射余辉。利用普朗克卫星测量宇宙微波背景的观测结果，促使科学家们创建了LambdaCDM模型。将LambdaCDM模型与宇宙微波背景拟合，物理学家就可以预测哈勃常数的值，哈勃常数实际上并不是一个常数，而是描述宇宙当前膨胀速度的一个测量值。但是，LambdaCDM模型并不完美。科学家们通过测量星系距离计算出的膨胀率，与LambdaCDM利用宇宙微波背景观测数据描述的膨胀率并不一致。天体物理学家将这种分歧称为哈勃张力。宇宙膨胀的速度比流行的宇宙学模型预测的要快。资料来源：NASA/WMAP科学小组哈勃张力在过去的几年里，科学家一直在研究如何解释哈勃张力。这种张力可能表明LambdaCDM模型不完整，物理学家应该修改他们的模型，也可能表明研究人员是时候对宇宙的运行方式提出新的想法了。对于物理学家来说，新想法总是最令人兴奋的。解释哈勃张力的一种方法是修改LambdaCDM模型，改变宇宙晚期低红移时的膨胀率。像这样修改模型可以帮助物理学家预测可能是哪种物理现象导致了哈勃张力。例如，也许暗能量并不是宇宙常数，而是引力以新的方式发挥作用的结果。如果是这样的话，暗能量就会随着宇宙的膨胀而演化--而宇宙微波背景显示的是宇宙诞生几年后的样子，它对哈勃常数的预测就会有所不同。但是，团队的最新研究发现，物理学家无法仅仅通过改变宇宙晚期的膨胀率来解释哈勃张力--这一类的解决方案都不成立。探索新模型为了研究哪些类型的解决方案可以解释哈勃张力，加州大学开发了统计工具，使我们能够测试改变晚期宇宙膨胀率的整类模型的可行性。这些统计工具非常灵活，可以用它们来匹配或模仿不同的模型，这些模型有可能符合宇宙膨胀率的观测结果，也有可能为哈勃张力提供一种解决方案。测试的模型包括不断演化的暗能量模型，即暗能量在宇宙中不同时期的作用不同，科学家们还测试了暗能量-暗物质相互作用模型（暗能量与暗物质相互作用）和修正引力模型（引力在宇宙中不同时期的作用不同）。但这些模型都无法完全解释哈勃张力。这些结果表明，物理学家应该研究早期宇宙，以了解张力的来源。作者：RyanKeeley，加州大学默塞德分校物理学博士后...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397839.htm

“完美配对”的黑洞平衡了引力和宇宙膨胀

“完美配对”的黑洞平衡了引力和宇宙膨胀南安普顿大学的研究人员与剑桥大学和巴塞罗那大学的同事合作，证明了理论上黑洞有可能以完全平衡的方式成对存在--在宇宙力的作用下保持平衡--模仿单个黑洞。黑洞是一种巨大的天体，具有极强的引力，连光都无法逃脱。它们的密度惊人。黑洞可以把地球的质量装进豌豆大小的空间里。宇宙运动对黑洞的作用传统的黑洞理论以爱因斯坦的广义相对论为基础，通常解释静止或旋转的黑洞如何能够独立存在于太空中。成对的黑洞最终会被引力阻挡，因为引力会把它们吸引到一起，直到最终发生碰撞。然而，如果假设宇宙是静止不动的，情况就会如此。那么，不断运动的宇宙呢？在一个不断膨胀的宇宙中，是否会有成对的黑洞和谐存在，也许会伪装成一个黑洞呢？当两个黑洞的引力（红色箭头）被与宇宙常数相关的宇宙膨胀（蓝色箭头）抵消时，它们可以保持固定的距离。对于遥远的观测者来说，这种情况就像是单个黑洞。图片来源：APS/AlanStonebraker南安普顿大学的奥斯卡-迪亚斯（OscarDias）教授说："宇宙学标准模型假定，宇宙大爆炸使宇宙诞生，大约98亿年前，宇宙被一种神秘的力量（被称为'暗能量'）所支配，这种力量以恒定的速度加速宇宙的膨胀。宇宙常数的影响科学家们把这种神秘的力量称为'宇宙常数'。在爱因斯坦理论解释的具有宇宙常数的宇宙中，黑洞沉浸在宇宙加速背景中。这就改变了黑洞如何相互作用并共同存在的理论标准。通过复杂的数值方法，这项最新研究背后的团队表明，两个静态（非旋转）黑洞可以平衡存在--它们的引力吸引力被与宇宙常数相关的膨胀所抵消。即使在宇宙不断膨胀的加速过程中，黑洞之间的距离仍然保持不变。尽管宇宙膨胀试图将它们拉开，但引力吸引力会对它们起到补偿作用。"从远处看，一对黑洞的吸引力被宇宙膨胀所抵消，看起来就像一个黑洞。可能很难探测到它是一个黑洞还是一对黑洞，"迪亚斯教授评论说。剑桥大学的豪尔赫-桑托斯教授补充说："我们的理论是针对一对静态黑洞提出的，但我们相信它也可以应用于旋转黑洞。此外，我们的解决方案似乎还可以适用于三个甚至四个黑洞，这将带来一系列的可能性"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391871.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391871.htm

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密据BGR报道，宇宙一直在膨胀。科学家们几十年来一直相信这一点。然而，对科学家们来说，确定宇宙的膨胀速度一直是困难的。现在研究人员可能终于找到了一种方法来确定宇宙的膨胀速度以及它是如何演变的。当两个黑洞碰撞时，它们在时空中产生涟漪，科学家称之为引力波。现在，科学家们已经开发出一种新技术，可以用来测量这些信号的变化。科学家们相信，这可以帮助更好地了解宇宙的膨胀速度。科学家们在20世纪90年代末首次确定，宇宙正在以加速的速度膨胀。我们把这称为哈勃常数。而且，每当科学家们试图根据哈勃常数来计算宇宙的膨胀速度时，他们最终会得到多个数值。因此，许多人一直在寻找一种更精确的方法来测量宇宙膨胀速度。科学家们希望能更好地测量宇宙膨胀速度的一种方法是通过测量紧密的双黑洞之间的宇宙碰撞。据Space.com报道，他们把这些配对称为“光谱警报器”，它们最终可以给我们提供一种更稳定的方法来测量宇宙膨胀的速度。除了告诉我们宇宙是如何膨胀的，了解加速膨胀的速度还可以告诉我们更多关于早期宇宙的情况。詹姆斯·韦伯望远镜最近发现了已知的最早的星系，但是我们对这些星系最初是如何形成的仍然不甚了解。甚至是宇宙是如何从大爆炸中扩张的。人们希望通过测量黑洞碰撞产生的时空涟漪，为科学家们提供更多的数据来观察。而且，由于像詹姆斯·韦伯望远镜这样的设备已经变得如此复杂，我们可能有一天能够确定宇宙的膨胀速度，是什么在助长这种膨胀，甚至何时，如果有的话，它将放缓。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306615.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306615.htm

破解哈勃难题：中子星碰撞有望照亮研究宇宙膨胀之路

破解哈勃难题：中子星碰撞有望照亮研究宇宙膨胀之路近年来，天文学陷入了危机：尽管我们知道宇宙在膨胀，尽管我们知道膨胀的大致速度，但测量这种膨胀的两种主要方法却不一致。现在，尼尔斯-玻尔研究所的天体物理学家提出了一种新方法，或许有助于解决这一矛盾。宇宙膨胀自从大约100年前埃德温-哈勃和其他天文学家测量了周围一些星系的速度后，我们就知道了这一点。宇宙中的星系被这种膨胀"带"走，从而彼此后退。两个星系之间的距离越远，它们之间的移动速度就越快，而这种移动的精确速度是现代宇宙学中最基本的量之一。描述宇宙膨胀的数字被称为"哈勃常数"，它出现在宇宙及其组成成分的众多不同方程和模型中。星系静静地躺在太空中，但太空本身却在膨胀。这导致星系以不断增加的速度彼此远离。不过具体有多快还是个谜。图片来源：ESO/L.卡尔卡达星系在太空中静止不动，但太空本身却在不断膨胀。这就导致星系以越来越快的速度相互远离。不过具体有多快还是个谜。资料来源：ESO/L.卡尔卡达哈勃难题因此，要了解宇宙，我们必须尽可能精确地知道哈勃常数。有几种方法可以测量哈勃常数；这些方法相互独立，但幸运的是，它们得到的结果几乎相同。原则上，最容易理解的直观方法就是埃德温-哈勃和他的同事们在一个世纪前使用的方法：找到一堆星系，测量它们的距离和速度。实际上，这是通过寻找恒星爆炸的星系，即所谓的超新星来实现的。这种方法还辅以另一种方法，即分析所谓宇宙背景辐射中的不规则现象；这是一种古老的光形式，可以追溯到宇宙大爆炸后不久。这两种方法--超新星法和背景辐射法--得出的结果总是略有不同。但任何测量都有不确定性，而几年前的不确定性已经足够大，我们可以把这种差异归咎于不确定性。左半球显示的是1572年第谷-布拉赫（TychoBrahe）发现的超新星不断膨胀的残留物，这里用X射线观察（图片来源：NASA/CXC/Rutgers/J.Warren&J.Hughesetal.）。右图是用微波观测到的半边天宇宙背景辐射图。资料来源：NASA/WMAP科学小组尽管如此，随着测量技术的不断进步，不确定性也在不断减小，现在我们已经可以非常有把握地指出，这两个结果不可能都是正确的。这种"哈勃麻烦"的根源--是未知的影响系统性地偏离了其中一个结果，还是暗示了尚未发现的新物理学--是目前天文学最热门的话题之一。哈勃常数差异宇宙的膨胀是以"单位距离速度"来衡量的，每百万光年的膨胀速度略高于20千米/秒。这意味着，一个位于1亿光年外的星系以每秒2000千米的速度从我们身边退去，而另一个位于2亿光年外的星系则以每秒4000千米的速度退去。然而，利用超新星测量星系的距离和速度可以得到22.7±0.4千米/秒的结果，而分析宇宙的背景辐射则可以得到20.7±0.2千米/秒的结果。关心这样一个小小的分歧听起来似乎有些琐碎，但它可能意义重大。例如，这个数字出现在宇宙年龄的计算中，两种方法得出的年龄分别为128亿年和138亿年。准确测定星系的距离是最大的挑战之一。但在一项新的研究中，哥本哈根尼尔斯-玻尔研究所宇宙黎明中心的天体物理学博士生阿尔伯特-斯内彭提出了一种测量距离的新方法，从而有助于解决目前的争议。"当两颗超紧凑中子星--它们本身就是超新星的残余物--相互绕行并最终合并时，它们会发生新的爆炸，即所谓的千新星，"阿尔伯特-斯奈本解释说。"我们最近证明了这种爆炸如何具有显著的对称性，事实证明这种对称性不仅美丽，而且非常有用。"在刚刚发表的第三项研究中，这位多产的博士生表明，千新星尽管复杂，却可以用单一温度来描述。事实证明，千新星的对称性和简单性使天文学家能够准确推断出它们发出多少光。将这一光度与到达地球的光度相比较，研究人员就能计算出千新星距离地球有多远。他们由此获得了一种新颖、独立的方法来计算含有千新星的星系的距离。达拉赫-沃森（DarachWatson）是宇宙黎明中心的副教授，也是这项研究的合著者之一。他解释说："到目前为止，人们一直用超新星来测量星系的距离，但超新星发出的光量并不总是相同的。此外，它们首先要求我们使用另一类恒星（即所谓的仙王座恒星）来校准距离，而仙王座恒星也必须进行校准。有了千新星，我们就可以避开这些给测量带来不确定性的复杂问题。"初步发现和未来步骤为了证明其潜力，天体物理学家将该方法应用于2017年发现的一颗千新星。结果是哈勃常数更接近本底辐射法，但千新星法能否解决哈勃麻烦，研究人员还不敢妄言："阿尔伯特-斯内彭提醒说："到目前为止，我们只有这一个案例研究，还需要更多的例子才能确定一个可靠的结果。但我们的方法至少绕过了一些已知的不确定性来源，是一个非常"干净"的研究系统。它不需要校准，也不需要修正系数。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388791.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388791.htm

罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度

罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度这幅哈勃太空望远镜拍摄的图像显示，一个星系嵌入一个巨大的星系团中，其强大的引力产生了其背后遥远的一颗超新星的多幅图像。图像显示了该星系在一个名为MACSJ1149.6+2223的大型星系团中的位置，距离超过50亿光年。在该星系的放大插图中，箭头指向爆炸恒星的多幅图像，该恒星被命名为雷夫斯达尔超新星，距离地球93亿光年。资料来源：NASA、ESA、SteveA.Rodney（JHU）、TommasoTreu（UCLA）、PatrickKelly（UCBerkeley）、JenniferLotz（STScI）、MarcPostman（STScI）、ZoltG.Levay（STScI）、FrontierSN小组、GLASS小组、HFF小组（STScI）、CLASH小组。其中一个团队特别注重训练罗曼寻找引力透镜超新星，这种天体可以用于测量宇宙膨胀率的独特方法。他们说，罗曼对这些难以捉摸的透镜超新星的研究对宇宙学的未来有着巨大的潜力。美国国家航空航天局（NASA）的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜是为了纪念NASA的第一位首席天文学家而命名的，它代表着我们在探索了解宇宙的道路上的一次飞跃。这个尖端天文台计划于2027年5月发射，旨在探索暗能量的奥秘、研究系外行星，并以前所未有的清晰度揭示宇宙的膨胀速度。罗曼太空望远镜利用先进的技术对宇宙进行大范围、细致的观测，将为我们提供对宇宙的重要见解，增强我们对宇宙组成、结构和演化的了解。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心天文学家正在研究宇宙中最紧迫的谜团之一--宇宙膨胀的速度--他们正准备利用美国国家航空航天局的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜（NancyGraceRomanSpaceTelescope），以一种新的方式研究这个谜团。一旦罗曼望远镜于2027年5月发射升空，天文学家们将在罗曼望远镜的大范围图像中寻找引力透镜状超新星，这些超新星可以用来测量宇宙的膨胀速度。天文学家有多种独立的方法来测量宇宙目前的膨胀率，即哈勃常数。不同的技术得出不同的值，称为哈勃张力。罗曼的大部分宇宙学研究都将针对难以捉摸的暗能量，因为暗能量会影响宇宙随时间的膨胀。这些研究的一个主要工具是一种相当传统的方法，它将Ia型超新星等天体的固有亮度与其感知亮度进行比较，从而确定距离。另外，天文学家也可以使用罗曼法来研究重力透镜超新星。这种探索哈勃常数的方法与传统方法不同，因为它基于几何方法，而不是亮度。这幅插图利用哈勃太空望远镜拍摄的雷夫斯达尔超新星图像，展示了大质量星系团MACSJ1149.6+2223的引力是如何弯曲并聚焦来自其背后的超新星的光线，从而产生爆炸恒星的多幅图像的。这种现象被称为引力透镜。引力透镜超新星为天文学家提供了一种计算哈勃常数--宇宙加速的速率--的独特方法。一个研究小组正准备利用美国宇航局即将于2027年5月发射的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜，让天文学家发现并研究这些罕见的天体。上图显示，当恒星爆炸时，它的光线穿过太空，遇到前景星系团。如果没有星系团，天文学家将只能探测到直射地球的超新星光线，并且只能看到超新星的单一图像。然而，在超新星多重成像的情况下，光路会被星系团的引力弯曲，并重新定向到新的光路上，其中有几条光路是指向地球的。因此，天文学家可以看到爆炸恒星的多幅图像，每幅图像都对应着其中一条改变的光路。每幅图像穿过星团的路线不同，到达地球的时间也不同，部分原因是光线到达地球的路径长度不同。精确测量多幅图像之间到达时间的差异，就可以得出一个距离组合，从而限制哈勃常数。在下图中，重定向光线穿过星团中的一个巨大椭圆星系。这个星系又增加了一层透镜作用，再一次改变了原本会错过我们的几条光路的方向，并将它们聚焦，使它们能够到达地球。资料来源：NASA、ESA、AnnFeild（STSCI）、JosephDePasquale（STSCI）、NASA、ESA、SteveA.Rodney（JHU）、TommasoTreu（UCLA）、PatrickKelly（UCBerkeley）、JenniferLotz（STSCI）、MarcPostman（STSCI）、ZoltG.Levay（STSCI）、FrontierSN小组、GLASS小组、HFF小组（STSCI）、CLASH小组。引力透镜的前景位于巴尔的摩的空间望远镜科学研究所（STScI）的卢·斯特罗格是准备对罗曼望远镜进行研究的团队的共同负责人，他说："罗曼是让引力透镜超新星研究起飞的理想工具。这些天体非常罕见，而且很难发现。我们不得不靠运气才能及早发现其中的几个。罗曼的大视野和高分辨率重复成像将有助于提高这些机会"。天文学家利用各种天文台，如美国宇航局的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜，在宇宙中发现了八颗引力透镜状超新星。然而，由于超新星的类型及其延时成像的持续时间，这八个超新星中只有两个是测量哈勃常数的可行候选者。当来自恒星爆炸等天体的光线在飞往地球的途中穿过星系或星系团，并被巨大的引力场偏转时，就会发生引力透镜现象。光线沿着不同的路径分裂，在天空中形成我们看到的超新星的多个图像。根据不同路径之间的差异，超新星图像会出现几小时到几个月，甚至几年的延迟。精确测量多幅图像之间到达时间的差异，就能得出距离组合，从而限制哈勃常数。罗曼望远镜的广泛勘测将能够以比哈勃更快的速度绘制宇宙地图，它在单幅图像中"看到"的面积是哈勃的100多倍。特别是，高纬度时域巡天将重复观测同一天空区域，这将使天文学家能够研究随时间变化的目标。这意味着将有大量的数据--每次超过50亿像素--需要进行筛选，以发现这些非常罕见的事件。斯特罗格是该计划的共同负责人，他是STScI的贾斯汀-皮埃尔（JustinPierel）。他解释说："这台新望远镜将使我们能够在一张快照中看到整个森林，而不是收集几张树木的照片。"由斯特罗格和皮埃尔领导的STScI小组正在通过美国宇航局太空和地球科学研究机会（ROSES）南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜研究和支持参与机会计划资助的一个项目，为在罗曼数据中发现引力透镜超新星奠定基础。皮埃尔说："由于这些超新星非常罕见，要充分利用引力透镜超新星的潜力，就必须做好充分准备。我们希望提前准备好寻找这些超新星的所有工具，这样当数据到来时，我们就不用浪费任何时间来筛选数以兆字节计的数据了"。该项目将由美国国家航空航天局（NASA）各中心和全国各大学的研究人员组成的团队实施。准备工作将分几个阶段进行。研究小组将创建数据还原管道，用于在罗曼成像中自动检测引力透镜超新星。为了训练这些管道，研究人员还将创建模拟成像：需要50000个模拟透镜，而目前已知的实际透镜只有10000个。斯特罗格和皮埃尔团队创建的数据缩减管道将补充正在创建的管道，以便利用Ia型超新星研究暗能量。"罗曼望远镜确实是创建黄金标准引力透镜超新星样本的第一次机会，"斯特罗格总结道。"我们现在的所有准备工作都将产生所需的所有成分，以确保我们能够有效地利用宇宙学的巨大潜力"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419661.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419661.htm