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天文学家揭示测量宇宙膨胀的新方法：利用引力透镜超新星
在宇宙学领域取得重大突破，一个国际天文学家联盟开发出一种开创性的新方法，可以精确测量我们宇宙的膨胀速度。这项创新技术利用了引力透镜超亮超新星这一极其罕见的现象，为确定哈勃-勒梅特定律并解决天体物理学中最持久的谜团之一——哈勃张力——提供了一条直接且可能更准确的途径。
超亮超新星是亮度非凡的恒星爆炸，它们是天文学家重要的“标准烛光”，使他们能够测量数十亿光年之外的巨大宇宙距离。这些天体信标是宇宙距离阶梯的基础，这是绘制浩瀚宇宙图景的基石方法。然而，它们的用途通常涉及顺序推断距离，这个过程容易累积小错误。
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这一突破源于对一颗超亮超新星的观测，它被正式命名为SN 2025wny，并被亲切地昵称为“SN Winny”。SN Winny在惊人的100亿光年之外被发现，它不仅异常明亮，而且还展现出前所未有的特征：它的光线被两颗前景星系弯曲和放大，在夜空中形成了同一爆炸的五幅不同图像。这一壮观的景象，类似于宇宙烟花，是由位于亚利桑那州的大双筒望远镜（LBT）捕捉到的，这是一项涉及慕尼黑工业大学（TUM）、马克斯·普朗克天体物理研究所（MPG）和哈佛-史密森天体物理中心（CfA）等机构以及全球许多其他研究人员的合作努力。
引力透镜效应是爱因斯坦预测的一种现象，当星系或星系团等大质量物体扭曲时空时，会使来自更远光源的光线路径发生弯曲。在SN Winny的案例中，光线围绕两颗透镜星系走了不同的路径，导致到达地球的时间不同。通过精确测量这些多重图像到达之间的时间延迟，研究团队能够直接计算出哈勃-勒梅特定律——宇宙膨胀的精确速度。描述他们观测结果的这篇论文已被《天文学与天体物理学》杂志接受发表。
慕尼黑工业大学观测宇宙学副教授兼马克斯·普朗克天体物理研究所研究员Sherry Suyu教授强调了这项发现的稀有性和重要性。“我们把这颗超新星昵称为SN Winny，”她在MPG新闻稿中说，“这是一个极其罕见的事件，可能在提升我们对宇宙的理解方面发挥关键作用。找到一颗与合适的引力透镜完美对齐的超亮超新星的几率低于百万分之一。”该团队花了六年时间编制了一份有前景的引力透镜列表，2025年8月，SN Winny偶然与其中一个匹配。
SN Winny之所以特别有价值，在于其透镜系统的相对简单性。与大多数以前被透镜化的超新星不同，那些超新星通常被复杂的星系团放大，而SN Winny仅由两颗独立星系透镜化。慕尼黑工业大学的初级研究员Allan Schweinfurth解释说：“我们发现这些星系的光和质量分布总体上平滑且规则，这表明它们尽管表面上距离很近，但在过去尚未发生碰撞。系统的整体简单性为高精度测量宇宙膨胀速度提供了激动人心的机会。” 这种简单性使得初级研究员Allan Schweinfurth和Leon Ecker（LMU）能够利用所有五幅图像的位置构建透镜质量分布的第一个模型。
这种新方法为解决哈勃张力提供了一条有希望的途径，哈勃张力是一个长期存在的宇宙学难题，即宇宙膨胀速度的测量结果因所用方法而异，存在显著分歧。传统上，科学家依赖两种主要方法：本地宇宙距离阶梯，它通过从附近天体到遥远超新星一步步建立距离；以及来自宇宙微波背景（CMB）的测量，它从早期宇宙的遗迹辐射推断膨胀速度。这两种方法虽然在其框架内都非常精确，但对哈勃-勒梅特定律产生了不同的值，导致了持续的分歧，这挑战了我们对宇宙演化的基本理解。
引力透镜超新星技术提供了一种“一步法”替代方案，避开了宇宙距离阶梯中固有的累积误差和CMB测量中依赖模型的假设。Suyu教授团队的主要成员兼该研究的第一作者Stefan Taubenberger强调了这一优势：“与宇宙距离阶梯不同，这是一种一步法，系统不确定性的来源更少且完全不同。”通过直接计算透镜星系的质量分布，科学家可以高度独立地推导出哈勃-勒梅特定律。
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目前，世界各地的天文学家正在利用地基和天基望远镜对SN Winny进行密切观测，渴望收集更多数据并完善这些测量结果。从这一非凡事件及其所促成的新方法中获得的见解，可能为调和不同的膨胀速度提供关键证据，最终形成对我们宇宙过去、现在和未来更完整、更连贯的图景。
