超新星双胞胎为精密宇宙学开辟了新的可能性

　　研究结果将增强大型望远镜的暗能量实验
　　宇宙学家发现了一种方法，可以将测量到超新星爆炸距离的精确度提高一倍，这是他们研究神秘的暗能量的一种久经考验的工具，这种暗能量正在使宇宙膨胀的速度越来越快。由伯克利实验室的格雷格·奥尔德林领导的＂超新星工厂＂（SNfactory）合作的结果， 将使科学家能够以极大的精度和准确性来研究暗能量，并提供一个强大的跨越距离和时间的技术交叉检查。 这些发现也将是即将进行的主要宇宙学实验的核心，这些实验将使用新的地面和太空望远镜来测试暗能量的其他解释。
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　　1998年，人们利用超新星发现了一个惊人的事实:宇宙的膨胀正在加速，而不是像人们预期的那样在减速。这种加速——被归因于暗能量占宇宙所有能量的三分之二——已经被各种独立的技术以及对超新星的更详细的研究证实。
　　暗能量的发现依赖于一种特殊的超新星——Ia型。这些超新星总是以几乎相同的固有最大亮度爆炸。因为观测到的超新星的最大亮度被用来推断它的距离，内在最大亮度的微小剩余变化限制了测试暗能量的精度。尽管20年来许多研究小组都取得了进步，但迄今为止对暗能量的超新星研究仍然受到这些变化的限制。
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　　丨 超新星数量翻两番
　　SNfactory宣布的新结果来自一项为期多年的研究， 该研究致力于提高超新星的宇宙学测量精度。 暗能量的测量需要将数十亿光年远的超新星的最大亮度与3亿光年远的超新星的最大亮度进行比较。研究小组详细研究了数百个此类附近的超新星。每隔几天对每个超新星进行多次测量。每次测量都会检查超新星的光谱，记录其在可见光波长范围内的强度。 安装在夏威夷大学毛纳基2.2米望远镜的超新星积分场光谱仪，是为了这项研究专门定制的仪器，被用来测量光谱。
　　＂长期以来，我们一直认为，如果两颗超新星爆炸的物理过程是相同的，那么它们的最大亮度也会相同。利用附近超新星工厂的光谱作为一种CAT扫描超新星爆炸，我们可以测试这个想法，＂珀尔马特说。
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　　事实上，几年前，当时与 珀尔马特一起工作的研究生物理学家 汉娜·法库里，为今天的研究取得了至关 重要的发现。 通过观察SNfactory拍摄的大量光谱，她发现在相当多的情况下，来自两个不同超新星的光谱看起来非常相似。
　　在大约50颗超新星中，有些几乎是同卵双生。当一对双胞胎的波动光谱叠加时，在眼睛看来只有一条轨迹。目前的分析建立在这一观测的基础上，以模拟超新星在接近其最大亮度时的行为…
　　这项新的工作使分析中使用的超新星数量增加了近四倍。这使得样本足够大，可以应用机器学习技术来识别这对双胞胎，从而发现Ia型超新星的光谱只以三种方式变化。超新星的内在亮度也主要依赖于这三种观测到的差异，这使得测量超新星距离的惊人精确度达到3%成为可能。
　　同样重要的是，这种新方法并没有受到之前方法所带来的偏差的影响，这些偏差是在比较不同类型星系中发现的超新星时发现的。由于附近的星系与遥远的星系有些不同，因此人们非常担心这种依赖会在暗能量测量中产生错误的读数。现在，通过这种新技术来测量遥远的超新星，可以大大减少这种担忧。
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　　在描述这项工作时，珀尔马特指出:＂传统的超新星距离测量使用光曲线——当超新星变亮和变暗时，用几种颜色拍摄的图像。相反，我们使用了每个超新星的光谱。这些数据要详细得多，有了机器学习技术，就有可能识别出复杂的行为，而这些行为是测量更精确距离的关键。＂
　　珀尔马特的论文结果将有利于即将进行的两个主要实验。第一个实验将在智利8.4米高的鲁宾天文台进行，该天文台正在建设中，由美国能源部和美国国家科学基金会的联合项目＂时空遗产调查＂(Legacy Survey of Space and Time)进行。第二个是NASA即将推出的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜。这些望远镜将测量数千颗超新星，以进一步改善对暗能量的测量。他们将能够将他们的结果与使用互补技术进行的测量结果进行比较。
　　桤木  也是这篇论文的合著者，他观察到＂这种距离测量技术不仅更精确，而且只需要一个光谱，当超新星最亮，因此最容易观测到的时候——一个游戏规则的改变者！＂在这个先入为主的观念被证明是错误的、需要独立验证的领域，拥有各种各样的技术尤其有价值。
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　　SNfactory的合作伙伴包括伯克利实验室，索邦大学的核物理和高能实验室，里昂的天文研究中心，克劳德·伯纳德大学，耶鲁大学，德国洪堡大学，麦克斯大学的两个无限物理研究所清华大学普朗克天体物理研究所，马赛粒子物理中心和克莱蒙·奥弗涅大学。
　　这项工作得到了能源部科学办公室，NASA天体物理处，戈登和贝蒂摩尔基金会，法国国家核与粒子物理研究所以及法国国家科学研究中心的国立地球科学与天文学研究所的支持，德国研究基金会和德国航空航天中心，欧洲研究理事会，清华大学和中国国家自然科学基金会。
　　丨 其他背景
　　1998年，两个研究超新星的竞争小组 ，超新星宇宙学计划和High-z超新星搜索小组 ，均宣布他们发现了与预期相反的证据，宇宙的膨胀并没有减慢，而是变得越来越快。暗能量是用来描述加速原因的术语。2011年诺贝尔奖颁给了两个团队的领导人：伯克利实验室的索尔·帕尔穆特和超新星宇宙学项目负责人加州大学伯克利分校，以及来自High-z团队的澳大利亚国立大学的布莱恩·施密特和约翰·霍普金斯大学的亚当·里斯。
　　其他测量暗能量的技术包括由美国能源部支持的由伯克利实验室领导的暗能量光谱仪，该仪器将在3000万个星系上使用一种称为重子声振荡的技术。鲁宾天文台还将使用另一种称为弱引力透镜的方法。
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