超新星的引力透镜产生哈勃常数的新值 – Physics World

超新星的引力透镜产生哈勃常数的新值 – Physics World

时间戳：23年2023月3日44:XNUMX AM

引力透镜
早到：引力透镜超新星的前四张图像以黄色显示。 （礼貌：NASA/ESA/JHU/UCLA/UC Berkeley/STScI）

一项关于来自遥远超新星的光在传播到地球时如何被引力透镜的研究已被用于计算哈勃常数的新值——这是描述宇宙膨胀的一个重要参数。 虽然这一最新结果并没有让天文学家感到惊讶，但未来类似的观察可能会帮助我们理解为什么迄今为止不同的技术会产生截然不同的哈勃常数值。

自 13.7 亿年前的大爆炸产生以来，宇宙一直在膨胀。 在 1920 年代，美国天文学家埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 观察到，离地球较远的星系似乎比离我们较近的星系远离地球的速度更快。 他通过测量来自这些星系的光的红移来做到这一点——这是当物体远离观察者时发生的光波长的拉伸。

他测量的距离和速度之间的线性关系由哈勃常数描述，天文学家后来开发了几种测量它的技术。

然而，天文学家感到困惑，因为 不同的测量为哈勃常数提供了非常不同的值. 欧洲航天局的普朗克卫星对宇宙微波背景 (CRB) 辐射的测量得出的值约为 67 km/s/Mpc。 然而，由 SH1ES 协作完成的涉及 0a 型超新星观测的测量得出的值约为 73 km/s/Mpc。 这些测量的不确定性约为 1-2%，因此这两种技术之间存在明显的矛盾。 天文学家想知道原因，并找出他们正在开发测量哈勃常数的新方法。

现在，天文学家已经使用 9.34 亿年前爆发的超新星发出的光测量了哈勃常数。 在到达地球的途中，光线穿过一个星系团，并被该星系团巨大的引力场偏转，从而将光线聚焦到地球上。 这种效应称为引力透镜效应。

块状质量分布

星团中块状的质量分布产生了一个复杂的引力场，该引力场将超新星的光沿着几条不同的路径射向地球。 当这颗超新星于 2014 年首次被观测到时，它表现为四个光点。 随着四分消失，第五分在 376 天后出现。 这束光由于穿过星团的路径较长而被延迟。

在这 376 天里，宇宙膨胀了，这意味着迟到光的波长发生了红移。 通过测量这种额外的红移，由 帕特里克·凯利 明尼苏达大学能够计算出哈勃常数。 该团队对星团使用了几种不同的质量分布模型，得出了 64.8 km/s/Mpc 或 66.6 km/s/Mpc 的常数值。

乍一看，超新星时间延迟测量似乎更倾向于普朗克的哈勃常数值，而不是 SH0ES。 然而，之前观测到的类星体光的时间延迟测量 H0李牛 协作给出的值为 73.3 km/s/Mpc——非常接近 SH0ES。

虽然这看起来令人困惑，但 Kelly 的同事 托马索·特鲁 加州大学洛杉矶分校的研究人员指出，最新结果并不令人意外。

“他们并没有太大的不同，”他说。 “在不确定的情况下，这一新测量与所有三个 [Planck、SH0ES 和 H0LiCOW] 一致。”

雪莉素玉 德国马克斯普朗克天体物理研究所的负责人 H0LiCOW 项目并没有参与这些新的时间延迟测量，他也不一定看到悖论。

未来的承诺

“这个 [来自超新星] 的值来自单透镜系统，考虑到它的误差条，测量结果在统计上与 H0LiCOW 的透镜类星体的结果一致，”她说。

超新星延时测量的不确定性与质量在星系中的分布有关——存在多少暗物质和重子（正常）物质，以及它们如何在整个星团中扩散。 Kelly 和 Treu 的团队使用了多种模型，模型之间的差异构成了哈勃常数值不确定性的很大一部分。

“这里展示的低哈勃常数测量的精度不足以反对更高的 SH0ES 值，”说 丹尼尔莫特洛克 伦敦帝国理工学院，他也没有参与这项研究。

尽管如此，莫特洛克仍然认为，从超新星的延时测量中计算哈勃常数是一个里程碑。 到目前为止，只发现了几颗透镜状超新星，但在未来几年 维拉·鲁宾天文台 在拥有 8.4 米巨型巡天望远镜的智利上线后，发现透镜状超新星的数量应该会急剧增加。

“可爱”的作品

“总的来说，我认为进行这种测量是一项可爱的工作，但也许最令人兴奋的方面是未来的前景，因为像鲁宾这样的调查将发现更多这种类型的系统，”Mortlock 说。

随着透镜超新星数量的增加，哈勃常数的测量将更加精确，这将有助于减少误差线并确认这些数据是否支持普朗克或 SH0ES 结果。 一些理论家甚至 建议新物理学 可能需要解释哈勃张力，假设它是真实的，而不是观测中未识别的系统误差。

“显然，需要更高的精度来帮助解决哈勃张力，”Treu 总结道。 “但这是重要的第一步。”

该研究描述于 科学.

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