天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），通过研究SN H0pe（一颗引力透镜Ia型超新星），改进了哈勃常数的测量方法。这种方法将引力透镜和时间延迟观测结合在一起，更精确地确定了宇宙的膨胀率，有助于调和过去测量结果之间的一些差异。
哈勃常数定义了宇宙膨胀的速度，测量哈勃常数是全球天文学家的一个动态研究领域。 这些研究人员分析来自地面和轨道天文台的数据。 美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜已经为这一讨论做出了重大贡献。 今年早些时候，天文学家利用韦伯望远镜的数据（包括仙王座变星和Ia型超新星--两者都是可靠的宇宙距离标记），验证了美国宇航局哈勃太空望远镜之前对宇宙膨胀率的测量结果。
现在，研究人员正在使用一种独立的测量方法--引力透镜超新星--来进一步提高哈勃常数的精度。 来自亚利桑那大学的布伦达-弗莱（Brenda Frye）和一个由来自世界各地不同机构的许多研究人员组成的团队，在韦伯发现一个遥远而密集的星系团方向有三个光点之后，正在领导这项工作。 我们邀请弗莱博士为我们详细介绍研究小组昵称为H0pe的超新星，以及引力透镜效应是如何为哈勃常数提供洞察力的：
"这一切都源于团队的一个问题： '之前没有的那三个点是什么？ 那会是超新星吗？ 这些光点在2015年哈勃对同一星团的成像中并不可见，而当韦伯的"银河系外主要区域再电离和透镜科学（PEARLS）'星团'保证时间观测"计划拍摄的PLCK G165.7+67.0图像到达地球时，这些光点就显而易见了。 "研究小组指出，这个问题是第一个浮现在脑海中的，理由很充分："G165 星区之所以被选中参加这个计划，是因为它的恒星形成率很高，每年超过 300 个太阳质量，而这一特性与较高的超新星形成率相关。"
美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）拍摄的左侧星系团 PLCK G165.7+67.0（也称 G165）的图像显示了前景星系团对远处宇宙的放大效应。 右侧的放大区域显示了超新星 H0pe 在引力透镜作用下的三重成像（标有白色虚线圆圈）。 透镜由位于超新星和我们之间的星系团组成，它将超新星的光线弯曲成多幅图像。为了获得三幅图像，光线沿着三条不同的路径传播。 由于每条路径的长度不同，而光的传播速度相同，因此在这次韦伯观测中，超新星在其爆炸过程中的三个不同时间段都能成像。 这颗多重成像的超新星为天文学家提供了一种独特的方法来计算哈勃常数的新值--宇宙加速的速度。Credit: NASA， ESA， CSA， STScI， Brenda Frye (University of Arizona)， Rogier Windhorst (ASU)， S. Cohen (ASU)， Jordan C. J. D'Silva (UWA)， Anton M. Koekemoer (STScI)， Jake Summers (ASU)
"初步分析证实，这些小点对应的是一颗爆炸恒星，一颗具有罕见特性的恒星。 首先，这是一颗Ia型超新星，是一颗白矮星的爆炸。 这种类型的超新星一般被称为"标准烛光"，这意味着超新星具有已知的内在亮度。 其次，它具有引力透镜。"
"引力透镜对这次实验非常重要。 由位于超新星和我们之间的星系团组成的透镜将超新星的光线弯曲成多个图像。 这就好比一面三折梳妆镜能呈现出坐在镜子前的人的三种不同影像。 在 Webb 图像中，这一点在我们眼前得到了证明，即中间的图像相对于其他两个图像是翻转的，这是理论预测的'透镜'效应。"
"为了获得三幅图像，光线沿着三条不同的路径传播。 由于每条路径的长度不同，而光的传播速度相同，因此在这次 Webb 观测中，超新星在其爆炸过程中的三个不同时间段都能成像。 在三折镜的类比中，出现了一个时间延迟，右边的镜子显示了一个人拿起了梳子，左边的镜子显示了正在梳头，中间的镜子显示了放下梳子的人。"
"三折超新星图像很特别： 时间延迟、超新星距离和引力透镜特性得出了哈勃常数或H0（发音为H-naught）的值。 这颗超新星被命名为 SN H0pe，因为它给天文学家带来了更好地了解宇宙膨胀率变化的希望。"
影响和未来研究
为了进一步探索 SN H0pe，PEARLS-Clusters 小组撰写了一份韦伯主任自由支配时间（DDT）提案，该提案经过科学专家的双重匿名评审，并由韦伯科学政策小组推荐进行 DDT 观测。 与此同时，亚利桑那州霍普金斯山上的 6.5 米望远镜 MMT 和格雷厄姆山上的大型双筒望远镜也获得了数据。 通过对这两次观测的分析，研究小组能够确认SN H0pe是固定在一个背景星系上的，它远远位于星团之后，在大爆炸后35亿年就已经存在了。
SN H0pe是迄今为止观测到的最遥远的Ia型超新星之一。 另一位小组成员通过分析韦伯望远镜中分散成各组成颜色或'光谱'的光的演变过程，进行了另一次时间延迟测量，证实了SN H0pe的Ia型性质。
七个分组提供了描述星系团二维物质分布的透镜模型。 由于Ia型超新星是一种标准烛光，因此每个透镜模型都根据其预测时间延迟和超新星亮度相对于真实测量值的能力进行了'分级'。
为了防止出现偏差，这些独立小组对结果进行了盲测，并在公布的'现场解盲'日期和时间相互揭晓。 研究小组报告的哈勃常数值为每百万帕秒75.4公里/秒，正8.1或负5.5。 [一个百万帕秒相当于 3.26 光年的距离。］ 这是用这种方法第二次测量哈勃常数，也是第一次使用标准蜡烛进行测量。 PEARLS 项目的首席研究员说：'这是韦伯的伟大发现之一，它让我们对宇宙的这一基本参数有了更好的了解。"
"我们团队的结果很有影响力： 哈勃常数的值与本地宇宙中的其他测量值相吻合，与宇宙年轻时获得的值有些矛盾。 第 3 周期的韦伯观测将改善不确定性，从而能够对 H0 进行更灵敏的约束。"
编译自/SciTechDaily