超新星双胞胎为精确宇宙学开辟了新的可能性

　　宇宙学家已经找到了一种方法，可以将测量到超新星爆炸距离的准确度提高一倍这是他们用来研究使宇宙膨胀越来越快的神秘暗能量的可靠工具之一。由能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的格雷格奥尔德林领导的附近超新星工厂（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。
　　发表在《天体物理学杂志》上的两篇论文报道了这些发现，KyleBoone是第一作者。布恩目前是华盛顿大学的博士后研究员，他曾是诺贝尔奖得主索尔珀尔马特的研究生。索尔珀尔马特是伯克利实验室的高级科学家，也是加州大学伯克利分校的教授，他领导了最早发现暗能量的团队之一。波尔马特也是这两项研究的合著者。
　　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内在最大亮度爆炸。因为观测到的超新星的最大亮度是用来推断其距离的，所以内在最大亮度的微小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。
　　超新星的数量翻了四倍
　　SNfactory宣布的新结果来自一项多年来的研究，该研究完全致力于提高用超新星进行的宇宙学测量的精度。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仅3亿光年远的附近超新星的最大亮度进行比较。研究小组对数百颗附近的超新星进行了细致的研究。每一颗超新星每隔几天就要被测量多次。每次测量都检查了超新星的光谱，记录了可见光波长范围内的强度。为这项研究定制的仪器，超新星积分场光谱仪，安装在夏威夷大学Maunakea的2。2米望远镜里，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。
　　事实上，几年前，物理学家HannahFakhouri，当时是与Perlmutter一起工作的研究生，发现了一个对今天的结果至关重要的发现。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。
　　在描述这项工作时，布恩指出：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。
　　布恩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（NationalScienceFoundation）的联合项目时空遗产调查（LegacySurveyofSpaceandTime）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。
　　Aldering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，它只需要一个单一的光谱，在超新星最亮的时候拍摄，因此最容易观察一个游戏规则改变者！在这个已经证明是错误的、需要独立验证的领域，拥有各种各样的技术是特别有价值的。
　　SNfactory合作项目包括伯克利实验室、索邦大学核物理与高能实验室、里昂天文研究中心、克劳德伯纳德大学两个无限物理研究所、耶鲁大学、德国洪堡大学、马克斯普朗克天体物理研究所、中国的清华大学，马赛粒子物理中心和克莱蒙特奥弗涅大学。
　　这项工作得到了能源部科学办公室、美国宇航局天体物理部门、戈登和贝蒂摩尔基金会、法国国家核和粒子物理研究所、法国国家科学研究中心的国家地球科学和天文学研究所的支持，德国研究基金会、德国航空航天中心、欧洲研究理事会、清华大学、中国国家自然科学基金。
　　额外的背景
　　1998年，两个相互竞争的研究超新星的小组，超新星宇宙学项目和高z超新星搜索小组，都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年诺贝尔奖授予了这两个团队的领导人：来自伯克利实验室和加州大学伯克利分校超新星宇宙学项目的负责人索尔珀尔马特（SaulPerlmutter），以及来自澳大利亚国立大学的布莱恩施密特（BrianSchmidt）和来自约翰霍普金斯大学的亚当里斯（AdamRiess）。
　　其他测量暗能量的技术包括由伯克利实验室领导的能源部支持的暗能量光谱仪器，该仪器将利用重子声振荡技术对3000万个星系进行光谱学研究。鲁宾天文台还将使用另一种被称为弱引力透镜的方法。