如果“标准烛光”不再标准 充斥宇宙的暗能量还存在吗

　　发现于2005年的超新星2005ke，是一颗Ia型超新星。它发出的耀眼光芒是天文学家用来测量宇宙距离的重要“标准烛光”。

　　实习记者 于紫月

　　与刚刚过去的2019年一样，2011年的诺贝尔物理学奖也曾花落天体物理学领域。当时得奖的三位科学家的主要贡献是，通过观测宇宙中的“标准烛光”Ia型超新星发现宇宙的加速膨胀。  

　　为何宇宙会加速而非匀速膨胀？很多学者认为，冥冥中有种我们尚未观测到的能量“推动”着宇宙加速膨胀，他们将这种神秘能量称为暗能量。因此，从某种程度上讲，超新星的相关研究间接支撑了暗能量理论。

　　然而，近期的一项研究却表明，我们可能需要重新审视超新星、宇宙加速膨胀以及暗能量之间的关系。韩国延世大学领导的研究团队对Ia型超新星进行了一次大规模的“巡检”，发现超新星的绝对亮度与恒星群年龄显著相关。这意味着，此前的很多研究中，作为曾经的“标准烛光”，Ia型超新星的亮度可能并不“标准”，这意味着研究者需要根据超新星所处的恒星群年龄校正观测结果。

　　此前超新星如何证明宇宙加速膨胀？这项新研究又刷新了人们对于超新星的哪些认知？是否会撼动暗能量理论的大厦？

　　Ia型超新星： 丈量宇宙加速膨胀的“大哥大”

　　“Ia型超新星具有相对稳定的光度，加之该类天体非常亮，让我们可以在很远的距离上看到它，所以它被当作‘标准烛光’来测量宇宙。”中国科学院国家天文台副研究员张天萌在接受科技日报记者采访时表示。

　　超新星源于宇宙中部分恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种生命弥留之际的爆发极其强烈，产生的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系。而Ia型超新星作为超新星中的一个重要子分类，在宇宙加速膨胀理论中的“功绩”使其在宇宙学中拥有了特殊地位，也曾被美国《新千年天文学和天体物理学》列为近十年内恒星研究的主要对象之一。

　　张天萌介绍，Ia型超新星来源于双星系统中白矮星的爆发。白矮星可以通过吸积等途径获得其伴星的物质，当其质量积累到约1.4个太阳质量时，内部自由电子之间相斥力造成的简并压无法抗衡引力势能，白矮星向内塌缩，从而产生超新星爆发。由于Ia型超新星爆发的能量主要来源于原子量为56的镍的同位素衰变，而镍56的质量又主要取决于白矮星的总质量，所以可认为Ia型超新星具有相对稳定的光度。

　　不难想象，距离我们近的Ia型超新星会看起来亮一些，距离远的则看起来相对暗一些，即Ia型超新星的视亮度与距离具有严格的对应关系。如此一来，我们可以根据观测到的Ia型超新星视亮度及其变化情况，来推断它距离我们有多远。

　　当然，宇宙在膨胀，也存在红移的问题，即光线波长被拉长，向波长更长的红光偏移。因此，红移数据提供的天体远离速度能够帮助科学家更好地了解宇宙膨胀的状态。

　　2011年的诺贝尔物理学奖获得者就是利用了上述原理来窥探“天机”。“他们发现离我们越远的Ia型超新星的光度比匀速膨胀的宇宙模型预言的要暗，进而推断出可能是由于暗物质的存在导致宇宙是加速而不是匀速膨胀。”张天萌说。

　　在张天萌看来，虽然近年来也有很多研究人员想利用伽马暴、类星体和引力波等天体作为新的标准烛光来测量宇宙，不过受限于均匀性、发现数量、观测难度等原因，还不能做到完全替代Ia型超新星。

　　新研究： 亮度演化与星系年龄相关

　　如今，韩国延世大学的这项新研究提出了对以往Ia型超新星亮度演化认知的质疑。

　　他们认为，Ia型超新星的亮度可能并非此前人们想象得那样简单，而是与超新星的形态、质量和局部恒星形成速率相关，从而认为，其可能与恒星的种群性质有关。

　　为了了解这些相关性的起源，研究人员对Ia型超新星进行了一次大规模的光谱观测。他们发现，Ia型超新星的光度经标准化后，与恒星种群年龄之间存在显著的相关性，置信水平高达99.5%。该项研究成果即将发表在《天体物理学》期刊上。

　　“这是迄今为止对Ia型超新星光度演化最直接、最严格的测试。”文章摘要提到，暗能量存在的最直接、最有力证据来自Ia型超新星对星系距离的测量，而这一结论有一个前提条件，即通过经验标准化得到的校正后的Ia超新星亮度不会随距离的变化而变化。但是，基于上述研究结果，研究人员认为，在研究暗能量细节之前，超新星宇宙学必须仔细考虑这种系统性偏差。

　　那么，此前有没有人曾同样关注过Ia型超新星的亮度演化问题？答案是肯定的。