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暗能量發現十年醞釀：新的超新星洞察提供了宇宙膨脹的線索

超新星


暗能量發現十年醞釀：新的超新星洞察提供了宇宙膨脹的線索


暗能量巡天在暗能量相機中的一個獨立探測器所覆蓋的區域內發現了一顆超新星 。這顆超新星在一個螺旋星系中爆炸，紅移= 0.04528 ， 距離我們大約6億光年 。這是樣本中最近的超新星之一 。在插圖中，超新星是明亮星系中心右上角的一個小點 。圖像:DES協作
據史文朋科技大學：史文朋科技大學的研究人員為一項里程碑式的研究做出了貢獻，這項研究使我們對宇宙的理解變得復雜 。
這項工作發表在arXiv預印本服務器上 。
今天公布結果的暗能量調查(DES)代表了來自超過25個機構的超過400名天體物理學家、天文學家和宇宙學家的工作 。
DES的科學家們在六年中的758個晚上收集了數據，以了解暗能量的本質并測量宇宙的膨脹率 。根據一項新的復雜理論，他們發現宇宙中暗能量的密度可能會隨著時間而變化 。
來自Swinburne技術大學天體物理學和超級計算中心的Anais Mö ller博士是從事這一革命性分析的團隊成員，其他成員還有Swinburne的Mitchell Dixon、Karl Glazebrook教授和名譽教授Jeremy Mould 。
“這些成果是世界各地數百名科學家合作的結果，證明了合作和努力取得重大科學進展的力量，”穆勒博士說 。
“我為我們作為一個團隊所取得的成就感到非常自豪；這是一個令人難以置信的徹底分析，它將我們的不確定性降低到新的水平 ， 并顯示了暗能量調查的力量 。我們不僅使用了最先進的數據 ， 還開發了開創性的方法來從超新星調查中提取最大限度的信息 。我對此特別自豪，因為我用機器學習開發了選擇用于調查的超新星的方法 。”
1998年 ， 天體物理學家發現宇宙正在加速膨脹，這歸因于一種稱為暗能量的神秘實體，暗能量約占我們宇宙的70% 。當時，天體物理學家一致認為，由于引力的作用，宇宙的膨脹應該會放緩 。
這一革命性的發現是天體物理學家通過觀察特定種類的爆炸恒星(稱為1a型超新星)而實現的 ， 并獲得了2011年諾貝爾物理學獎 。
現在，在最初發現的25年后 ， 暗能量調查是全球科學家十年研究的高潮，他們使用有史以來對宇宙膨脹的最強約束分析了1500多顆超新星 。這是有史以來最大數量的1a型超新星被用來限制暗能量，來自探測大宇宙時代的單一調查 。
結果與現在標準的宇宙加速膨脹的宇宙學模型一致 。然而，這些發現還不足以確定排除一個可能更復雜的模型 。
“關于暗能量還有很多有待發現，但這項分析可以在相當長的一段時間內被視為超新星宇宙學的黃金標準，”穆勒博士說 ?！斑@種分析也帶來了創新的方法，將用于下一代調查，因此我們在科學研究的方式上邁出了一大步 。我很高興能在未來十年揭開更多關于暗能量的秘密 ?！?br>開創一種新方法
這項新研究開創了一種使用光度學的新方法——使用前所未有的四個過濾器——來發現超新星 ， 對它們進行分類并測量它們的光變曲線 。穆勒博士利用現代機器學習創造了選擇這些1a型超新星的方法 。
“這是一個非常令人興奮的時代，看到這種創新技術利用大型天文調查的力量，”她說 ?！拔覀儾粌H能夠獲得比以前更多的1a型超新星 ， 而且我們徹底測試了這些方法，因為我們希望對我們宇宙的基礎物理進行更精確的測量 ?！?br>這項技術需要來自1a型超新星的數據，當一顆密度極高的死星，即白矮星，達到臨界質量并爆炸時，就會發生這種情況 。由于所有白矮星的臨界質量幾乎相同，所以所有1a型超新星的實際亮度幾乎相同，任何剩余的變化都可以校準 。因此，當天體物理學家比較從地球上看到的兩顆1a型超新星的亮度時，他們可以確定它們離我們的相對距離 。
天體物理學家通過跨度很大的超新星樣本來追溯宇宙膨脹的歷史 。對于每顆超新星，他們將它的距離與紅移的測量值結合起來——由于宇宙的膨脹 ， 它離開地球的速度有多快 。他們可以利用這段歷史來確定暗能量密度是保持不變還是隨時間而變化 。
結果發現單獨使用超新星時w =–0.80+/-0.18 。結合歐洲航天局普朗克望遠鏡的補充數據，w在誤差范圍內達到-1 。為了得出一個明確的結論，科學家們需要通過一項新的調查獲得更多的數據 。
DES的研究人員使用先進的機器學習技術來幫助超新星分類 。在來自大約200萬個遙遠觀測星系的數據中，DES發現了幾千顆超新星 ?？茖W家最終使用了1499顆1a型超新星和高質量的數據，使其成為有史以來單個望遠鏡收集的最大、最深的超新星樣本 。1998年，獲得諾貝爾獎的天文學家僅用52顆超新星來確定宇宙正在加速膨脹 。