超新星的延迟出现可以确定宇宙膨胀的速度

来自鲸鱼座一颗遥远超新星的光线所进行的蜿蜒跋涉可能有助于研究人员确定宇宙在未来几十年内的膨胀速度。

大约 100 亿年前,一颗恒星在遥远的星系 MRG-M0138 中爆炸。那次爆炸发出的一些光后来遇到了引力透镜,这是一个星系团,它们的引力使光弯曲,这样我们就可以看到多个图像。2016 年,这颗超新星以三个不同的光点出现在地球的天空中,每个光点都标记了光到达这里的三个不同路径。

现在,研究人员预测超新星将在 2030 年代末再次出现。该团队于 9 月 13 日在《引力透镜超新星》中报告称,这一时间延迟是迄今为止在引力透镜超新星中观测到的最长时间延迟,可以为超新星所在星系的距离提供更精确的估计。自然天文学。反过来,这可能会让天文学家改进对哈勃常数的估计,哈勃常数是描述宇宙膨胀速度的参数。

最初的三个光点出现在哈勃太空望远镜的图像中。“这纯粹是一次意外,”哥伦比亚南卡罗来纳大学的天文学家史蒂夫·罗德尼说。三年后,当哈勃重新观测银河系时,哥本哈根大学的天文学家加布里埃尔·布拉默发现所有三个光点都消失了,这表明存在超新星。

通过计算介入星团的引力如何改变超新星光线的路径,罗德尼和他的同事预测超新星将在 2037 年再次出现,大约需要几年的时间。到那时,哈勃可能会在大气层中燃烧,因此罗德尼的团队将这颗超新星称为“SN 安魂曲”。

“这是一首垂死恒星的安魂曲,也是对哈勃太空望远镜本身的挽歌,”罗德尼说。研究小组计算,第五个光点由于太微弱而无法被看见,也可能在 2042 年左右出现。

超新星的延迟出现可以确定宇宙膨胀的速度
在星系团 MACS J0138.0-2155 的另一张哈勃图像中,星系团将超新星发出的光分成三个点:SN1、SN2 和 SN3。另外两点 SN4 和 SN5 是对未来几年超新星发出的光出现位置的预测。S·罗德尼 等人 / 自然天文学2021 年

预计 21 年的时间延迟——从 2016 年到 2037 年——是超新星爆发的记录。相比之下,有史以来发现的第一个引力透镜——1979 年发现的类星体双胞胎图像——的时间延迟仅为 1.1 年(序列号:1979 年 10 月 11 日)。

并非所有人都同意罗德尼的预测。马萨诸塞州剑桥哈佛 - 史密森天体物理中心的天体物理学家鲁道夫·希尔德(Rudolph Schild)是第一个测量双类星体时间延迟的人,他说:“很难预测时间延迟会是多少。”希尔德说,超新星所在星系中暗物质的分布以及分裂超新星光线的星团是如此不确定,以至于下一张《SN 安魂曲》的图像可能会超出罗德尼团队指定的年份。

无论如何,当超新星图像确实出现时,“这将是对时间延迟的极其精确的测量”,明尼阿波利斯明尼苏达大学的天文学家帕特里克·凯利说,他没有参与这项新工作。这是因为与时间延迟本身的巨大长度相比,时间延迟的不确定性很小。

这种延迟,再加上对光线如何穿过星系团的准确描述,可能会影响关于哈勃常数的争论。从数字上讲,哈勃常数是遥远星系远离我们的速度除以到该星系的距离。对于速度已知的给定星系,估计距离越大,哈勃常数就越小。

这个数字曾一度引起争议,争论幅度为两倍。如今,范围更窄了,从每秒每百万秒差距 67 公里到 73 公里。但这种传播仍然使宇宙的年龄无法确定。经常被引用的年龄为 138 亿年,对应的哈勃常数为 67.4。但如果哈勃常数更高,那么宇宙可能会年轻大约十亿年。

SN 安魂曲重新出现的时间越长,宿主星系距离地球就越远,这意味着哈勃常数越低,宇宙就越古老。因此,如果关于哈勃常数的争论持续到 2030 年代,超新星复活的确切日期可能有助于解决争论并确定一个基本的宇宙学参数。

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