澎湃新聞?dòng)浾?虞涵棋

占到宇宙的近70%,推動(dòng)宇宙加速膨脹，卻又不知從何而來(lái)，是何形態(tài)。即使獲得了2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的敲章認(rèn)證，暗能量依然是天文物理學(xué)界最“玄”也最“懸”的概念之一。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月5日，位于德國(guó)海德堡的馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所宣布，瑪利亞·貝格曼（Maria Bergemann）領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)用更先進(jìn)的模型調(diào)研了42顆恒星的光譜，從而分析出其中化學(xué)元素的含量。

具體的結(jié)論是，在過(guò)去130億年內(nèi)，銀河系中錳與鐵元素的相對(duì)比例保持恒定。而這個(gè)發(fā)現(xiàn)直接挑戰(zhàn)了現(xiàn)有對(duì)暗能量、宇宙膨脹率（哈勃常數(shù)）的測(cè)量方式。

等等，星星的光譜怎么就牽扯到暗能量，甚至宇宙膨脹了？這中間的推理過(guò)程可謂是山路十八彎，涉及天文學(xué)許多不同領(lǐng)域的知識(shí)。

為了方便理解，先來(lái)一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯梳理：

2011年諾獎(jiǎng)：Ia型超新星的亮度相同（即“標(biāo)準(zhǔn)燭光”概念）→對(duì)比“標(biāo)準(zhǔn)燭光”和實(shí)際看到的Ia 型超新星亮度就能反推出它們的距離→Ia型超新星正在加速遠(yuǎn)離地球→宇宙正在加速膨脹→存在推動(dòng)宇宙加速膨脹的力量，就是暗能量

馬普天文學(xué)：不同的超新星爆發(fā)會(huì)灑出不同比例的錳和鐵元素→星系中的錳/鐵元素比例大致恒定→如果要形成這樣的元素比例，Ia型超新星爆發(fā)的方式必定不止一種→不同爆發(fā)方式的Ia型超新星的亮度不同→Ia型超新星的亮度不盡相同

事實(shí)上，近兩年不斷有新的探測(cè)數(shù)據(jù)并不兼容暗能量的存在。就在2個(gè)月前，韓國(guó)延世大學(xué)在美國(guó)天文學(xué)年會(huì)上報(bào)告稱，Ia型超新星的亮度與恒星群年齡存在顯著的相關(guān)性。把超新星因年齡導(dǎo)致的亮度演化考慮進(jìn)去之后，就再也沒(méi)有暗能量導(dǎo)致變化的空間了。

盡管切入角度和解釋機(jī)制不同，德國(guó)與韓國(guó)的這兩項(xiàng)研究都直指Ia型超新星并非此前認(rèn)定的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。以它們?yōu)闃?biāo)桿計(jì)算宇宙膨脹，可能存在致命的錯(cuò)誤前提。

超新星：天女散花

同是宇宙中的恒星，因質(zhì)量不同、環(huán)境不同，宿命也不同。我們小小的太陽(yáng)可能只會(huì)熄滅成一顆平庸的白矮星，但也有一些大質(zhì)量的恒星會(huì)在末期劇烈爆炸，成為一顆短暫存在而極其明亮的“星”：超新星。

前文所述的Ia型超新星，通常是由一顆白矮星加上一顆普通的恒星形成的。白矮星不斷從可憐的伙伴那里吸收外層的氫，自身質(zhì)量隨之增加，等達(dá)到一個(gè)“錢德拉塞卡極限”（約1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量）時(shí)，根據(jù)物理學(xué)的基本定律，它一定會(huì)爆炸。

由于Ia型超新星都是在這個(gè)質(zhì)量爆發(fā)的，亮度也就相同。在這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)燭光”假設(shè)上，天文學(xué)家很開(kāi)心地計(jì)算出Ia型超新星的距離，并勾勒出宇宙膨脹和暗能量的故事。

超新星在宇宙演化還起到了天女散花的作用。宇宙大爆炸之初只有氫、氦元素，隨后在恒星活動(dòng)中逐漸聚變出碳等更重的元素。

但錳、鐵這樣量級(jí)的元素，必得超新星這樣高能的“熔爐”才能煉成，隨著爆炸散播到宇宙星云中，成為醞釀后代恒星的原料。

換句話說(shuō)，錳、鐵元素是由代代超新星爆炸累積出來(lái)的，越年輕的星系往往越富含金屬元素。

錳/鐵比例: 130億年如一

問(wèn)題就出在錳的含量上。

不同元素的原子因結(jié)構(gòu)不同，會(huì)散發(fā)出不同的光譜。因此，從20世紀(jì)早期開(kāi)始，天文學(xué)家們就會(huì)用恒星大氣層中散發(fā)出的光譜，來(lái)分析其中到底包含了哪些化學(xué)元素。

不過(guò)，這些初期的模型比較粗糙，在很多細(xì)節(jié)問(wèn)題上都簡(jiǎn)化處理了。隨著多學(xué)科的發(fā)展，包括原子光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)、恒星熱動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)，甚至超算能力的進(jìn)步，瑪利亞·貝格曼團(tuán)隊(duì)所使用的的先進(jìn)版光譜工具才成為可能。

有意思的是，有些元素，比如鐵，用粗略版和現(xiàn)金版光譜分析的結(jié)果是差不多，而另一些元素，比如錳，差距就很大了。

貝格曼團(tuán)隊(duì)運(yùn)用甚大望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡追蹤了42顆恒星（最古老的一顆形成于130億年前）。根據(jù)這些恒星的相對(duì)年齡，研究人員得以還原出銀河系中錳元素和鐵元素含量的演化。

令人驚訝的是，在這130億年內(nèi)，銀河系中和銀河系周邊的錳/鐵元素的比例大致恒定，幾乎是個(gè)常數(shù)。

“標(biāo)準(zhǔn)燭光”不標(biāo)準(zhǔn)了

由于不同形式的超新星爆炸會(huì)散播出不同比例的錳和鐵元素，如果說(shuō)Ia型超新星通常由一顆白矮星吸收伴星質(zhì)量爆炸而成，那么這個(gè)比例就不對(duì)了。

根據(jù)貝格曼的計(jì)算，如果要讓錳/鐵元素比例保持在這樣的常數(shù)，那么只有四分之一的Ia型超新星爆炸由上述經(jīng)典模型誕生，其余四分之三都是另外的形式，例如兩顆白矮星或兩顆恒星。

這些形式達(dá)到爆炸條件的質(zhì)量不同，因而形成的超新星亮度也不同。Ia型超新星就此失去了“標(biāo)準(zhǔn)燭光”的特殊性，也無(wú)法用于準(zhǔn)確測(cè)量星系距離和宇宙膨脹。

貝格曼團(tuán)隊(duì)的這一結(jié)論固然會(huì)引起學(xué)界的反復(fù)推敲，但據(jù)馬普天文所透露，加州理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在數(shù)個(gè)矮星系中獲得了相似的結(jié)果。

歐空局的GAIA太空望遠(yuǎn)鏡將在2021年公開(kāi)第三期探測(cè)數(shù)據(jù)，其中就可能涉及到不同種類的Ia型超新星。

無(wú)論如何，面對(duì)現(xiàn)有種種不符的證據(jù)，宇宙學(xué)家們或許要重新驗(yàn)算一遍哈勃常數(shù)和暗能量了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的2011年诺奖又遭一击：前提假设不对 暗能量研究靠谱吗?的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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