互动科普

宇宙膨胀是否在加速产生了新的疑点

遥远超新星或许在横跨宇宙的半路上，但它们已经在地球上引起了—场激烈的争论。两年前，天文学家们发现，这些恒星爆炸比预期的暗弱——两者差异的程度相当大，来要用空间结构本身来解释。超新星反常的暗弱表明，宇宙的膨胀可能正在加速，而不是像宇宙学家一直认为的那样已在减速。但是现在几位超新星观测人员担心，他们的引人注目的发现同其它某些有争议的论断一样，可能操之过急了。伯克利加利福尼亚大学的Adam G. Riess阴沉地说：“我认为这好比是火星岩石中发现了生命。”

宇宙加速膨胀的论据同两类关键的测量有关(这两类测量分别对几十颗超新星中的每—颗进行)，即测量超新星爆炸的最大亮度(它表明超新星距地球有多远，从而确定了超新星爆炸发生的时间)以及测量红移(红移记录了自超新星出现以来宇宙膨胀了多少)。已知的最远超新星是在84亿年前爆发的。

自那以来宇宙的大小已经翻了一番。但是，按照宇宙当前的膨胀速度(这一速度是根据更晚近的超新星推导出来的)，宇宙的大小应当增加两倍，因此膨胀速度必定加快了。

所有这些与超新星亮度的差异(约25%)有关。但凑巧的是，宇宙学家们所利用的这种超新星其亮度天然就有差不多同样大小的差异(可能是因为导致超新星爆发的恒星在质量及组成方面的差异而造成的)。这种差异一度曾使得超新星难以预测，因而无法作为可靠的距离量度。但是在研究近邻的超新星时，观察者们注意到超新星越亮，它们那灼热的余烬随时间暗淡下去的速度就越慢。通过测量变暗的速度，观测者们现在能够补偿亮度上的差异。他们唯一的假设是，这一方法对遥远的超新星也起作用。

但这—假设正是Riess及其同事们不久前对之提出质疑的东西。Riess小组提高Z值超新星搜索项目——High-Z Super Search，在宇宙学背景下考察超新星的两个主要项目之中的一个小组，他们负责研究超新星爆炸的一种至今都被忽略了的特征：超新星爆发达到其最大亮度所需的时间。他们探查了l0颗邻近超新星，跟踪了它们变亮的过程。对其中一颗超新星，他们利用了佛罗里达州劳德代尔堡的业余天文学家Chuck Faranda的—张照片。这张照片是在超新星爆炸开始后一天拍摄的，属于对超新星拍得的最及时的照片之列。

研究人员确定了近邻超新星通常用20天的时间到达其最大亮度，而一组遥远超新星仅用了15天。后面这个结果是另一个主要的研究组——设在劳伦斯伯克利国家实验室的超新星宇宙学项目(Supernova Cosmology Project)——在早些时候报导的。因此，看来恒星爆发进展的情况是有差异的，与爆发出现在多久以前有关。

康奈尔大学的Persis S. Drell及其同事提出了另一项告诫：用于补偿超新星亮度的天然差异的不同公式(每一个公式的目的都是计算出超新星的真正亮度)得出的是略有差异的数值。

许多理论家认为这些差异并不重要。增亮时间取决于超新星爆发的早期阶段，当时细部起着非常大的作用。但是最大亮度及变暗速率——宇宙学家们只关心这两个量——则与超新星残骸逐步释放能量有关，而这与死亡恒星的特性是基本上没有关系的。其他研究人员则不那么乐观。他们认为这些可能是煤矿中死掉的金丝雀，意味着理论是有毛病的，尽管还没有人弄清楚其原因何在。

这些差异表明宇宙加速膨胀仅仅是观测上的偏差造成的假象而已。奥斯汀得克萨斯大学的Andrew Howell及其同事指出，遥远超新星是用电子探测器发现的，而近邻超新星则主要是在照片上发现的。

照相胶片往往使星系的中心过度曝光，而漏掉星系中心的超新星，这相本偏离真实情况，导致补偿超新星亮度差异的方法失去作用。但由于同样的原因，选择效应也可能导致Riess和Drell小组在实际上并不存在问题的地方找出了问题。只有靠新的研究——它们是为了避免这类差查看近邻超新星是否可比特地设计出来的——才能解决这个问题。

因此，大吹大擂地宣传说宇宙在加速膨胀是宇宙学中的一场革命是否有点操之过急？不一定。其它的关键证据——例如宇宙微波背景辐射以及对宇宙中物质总量的估计等——仍未受至触动。

普林斯顿大学的宇宙学家Paul Steinhardt说：“我认为，超新星证据从来就不是宇宙加速膨胀的最有力证据。我们已经掌握的证据要牢靠得多。”