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我所理解的超新星宇宙学

天文观测中最困难的就是距离测量,因为我们直接看到的只是天体的二维投影,于是几千年来流传的只有星座的神话,直到18世纪以后,用三角视差法测量了较近的天体(150光年以内),人们才开始了解宇宙空间的三维图像。二十世纪中叶,天文学家们终于找到了更有效的距离尺度——造父变星,他的光变周期和亮度有着确定的关系,哈勃用它首先证明仙女座大星云其实是和我们一样的星系,并发现整个宇宙都在膨胀(哈勃定律)。造父变星也从此获得 “量天尺”的美誉。但是恒星的亮度毕竟有限。对于众多尚无法分辨出成员恒星的遥远星系便无能为力了。这种方法所能确定的最远距离只有3亿光年左右。

1987年在大麦哲伦星系中发现的超新星

而超新星爆发时,它的亮度会超过整个星系。《宋史》中所记录的1054年超新星,连续23天白天可见!一千年后它的遗迹仍在星际间扩散,被称为蟹状星云。如果能够想办法得到它们的绝对亮度,再与我们所观测到的亮度(视亮度)相对比,便能够估计出距离。而光速是有限的,对于遥远的天体,我们只能看到它的历史,但也正是如此,我们才有可能获得早期宇宙的信息!

但是超新星爆发时很少见的,对于银河系这样的星系平均50-100年才会有一颗。不过宇宙中星系是相当多的,通过长期监测大量星系,我们总可以发现其他星系中的超新星。在积累了足够多的数据之后天文学家们终于在被称做Ia型的超新星中首先发现了规律:它们爆发后的亮度变化曲线与亮度极大值有关。只要我们及时发现它,记录下整个爆发过程的亮度变化,就能够得出距离!

从前的宇宙和我们现在会有什么不同呢?1998年Adam Riess(巴尔蒂摩太空望远镜研究所)和Saul Perlmutter(加州大学伯克利分校)先后发表了他们的超新星数据:那些遥远的(高红移)超新星比我们期望的要暗!也就是说比哈勃定律所预言的更远!而哈勃定律在邻近的星系中是普遍成立的,较近的超新星数据也证实了这一点,这意味着宇宙并不是匀速膨胀的,现在膨胀的比从前更快——宇宙是在加速膨胀!

此前人们普遍认为由于引力的作用,宇宙膨胀肯定是减速的,那么到底是什么为整个宇宙提供了加速的动力?现在这仍是个谜……

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