超新星爆炸距離測(cè)量精度提高一倍 近期發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上

宇宙的加速膨脹是暗能量存在的證據(jù)。近日，發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的兩篇論文報(bào)告稱，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的宇宙學(xué)家已經(jīng)找到將超新星爆炸距離的測(cè)量精度提高一倍的方法，這將使科學(xué)家研究暗能量的精度和準(zhǔn)確性大大提高。

1998年，人們利用超新星發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的事實(shí)：宇宙正在加速膨脹。這種加速歸因于占宇宙總能量三分之二的暗能量。科學(xué)家利用Ia型超新星發(fā)現(xiàn)了暗能量。la型超新星異常明亮，它們可以被用作“標(biāo)準(zhǔn)燭光”來測(cè)算宇宙空間中的距離，因而能夠校準(zhǔn)暗能量引起的宇宙膨脹加速。然而迄今為止科學(xué)家對(duì)超新星的研究仍然有限。

測(cè)量暗能量需要將數(shù)十億光年外的遙遠(yuǎn)超新星的最大亮度與僅3億光年遠(yuǎn)的附近超新星的最大亮度進(jìn)行比較。此次，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)附近數(shù)百顆這樣的超新星進(jìn)行了研究。每顆超新星每隔幾天就要被測(cè)量數(shù)次。每次測(cè)量都檢查了超新星的光譜，記錄了它在可見光波長范圍內(nèi)的強(qiáng)度。

研究人員認(rèn)為，如果兩顆超新星爆炸的物理原理相同，它們的最大亮度也會(huì)相同。幾年前，物理學(xué)家漢娜·法胡里發(fā)現(xiàn)，在很多情況下，來自兩顆不同超新星的光譜看起來非常接近。在大約50顆超新星中，有些實(shí)際上是同卵雙胞胎。當(dāng)一對(duì)雙胞胎超新星的擺動(dòng)光譜疊加在一起時(shí)，肉眼只會(huì)看到一個(gè)軌跡。目前的分析建立在這一觀測(cè)的基礎(chǔ)上，以模擬超新星在接近其最大亮度時(shí)的行為。

此次的新方法幾乎使分析中使用的超新星數(shù)量翻了兩番。這使得樣本大到足以應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來識(shí)別這些雙胞胎，從而發(fā)現(xiàn)Ia型超新星光譜只以三種方式變化。超新星的固有亮度也主要取決于這三種方式觀察到的差異，這使得測(cè)量超新星的距離的精度達(dá)到3%左右成為可能。

同時(shí)，當(dāng)比較不同類型星系中發(fā)現(xiàn)的超新星時(shí)，這種新方法不會(huì)受到以前方法偏差的影響。現(xiàn)在，通過使用這項(xiàng)新技術(shù)測(cè)量遙遠(yuǎn)的超新星，人們無需過于擔(dān)心由于近星系與遠(yuǎn)星系存在不同而帶來的暗能量測(cè)量中的錯(cuò)誤讀數(shù)。

論文主要作者布恩表示，傳統(tǒng)的超新星距離測(cè)量使用的是光曲線——當(dāng)一顆超新星變亮和變暗時(shí)，用幾種顏色拍攝的圖像。與之不同的是，此次使用了每顆超新星的光譜。這些光譜更加詳細(xì)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)還能幫助分辨出超新星復(fù)雜的行為，這是更精確測(cè)量距離的關(guān)鍵。