Ia型超新星测距揭示宇宙的命运——2011年诺贝尔物理学奖简介

2011年度诺贝尔物理学奖授予了在天体物理研究领域取得杰出成就的美国科学家索尔.波尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩.施密特以及美国科学家亚当.里斯。他们通过Ia型超新星测距发现宇宙的膨胀是加速的,从而揭示了暗能量的存在。笔者将对人类认识宇宙的过程、Ia型超新星与宇宙加速膨胀、暗能量以及Ia型超新星研究中存在的问题做全面的介绍,并介绍中国学者在该领域的研究进展。文章的最后做了展望。

Ia超新星在宇宙学中的应用

对Ia超新星在宇宙学中的应用作了述评．蓝Ia超新星具有相对均匀的光谱、光变曲线及峰值光度，是较好的相对距离指示器．利用峰值光度同光变曲线形状或其它与距离无关的可观测量的关系可进一步将Ia超新星校准成精确的距离指示器。一旦它们的绝对光度得到标定，就可以定出哈勃常数H0。基于对邻近星系Ia超新星的理解，高红移Ia超新星的数据可对宇宙密度参数ΩM、ΩA及减速因子q0作出限制，并对膨胀宇宙的最终命运作出判定。

信息论背景下Ia型超新星宇宙学的贝叶斯统计分析和距离对偶关系检验

本文中,我们系统地表述一种自洽的宇宙学模型分析及其参数估计方法,并将其用于Ia型超新星(SNIa)光度距离作为宇宙学标准烛光的研究.我们利用贝叶斯图论方法及其与随机变量间因果性、信息流和概率独立性的对应关系构建我们的分析,并通过实例展示如何在宇宙学数据分析中恰当地运用联合光变曲线分析(JLA) SNIa数据集合中依赖于参数的协方差矩阵.我们的方法从概念到产出的结果均不同于传统的分析方法.可以证明,通常形如χ~2最小化的传统分析等效于施加在SNIa标准化模型变量先验分布上的隐含失真.通过显性地指明这一失真的形式.

Ia超新星:理论与宇宙学

Ｉａ超新星作为测量遥远星系距离（从而测定宇宙膨胀速率）的“标准烛光”，已经成为具有重要意义的天体。主要介绍当前Ｉａ超新星研究的理论和观测进展．光谱分光及测光证据表明，Ｉａ超新星是由吸积碳氧白矮星热核爆炸产生，但有关Ｉａ超新星前身星双星系统及流体动力学模型仍是有争议的。蓝Ｉａ超新星具有相对均匀的峰值光度，它是天文学家已知的校准得最好的示距天体．近年来，人们在利用Ｉａ超新星测量时空方面已取得了巨大进展．

Ia型超新星的爆发机制及其前身星模型

Ia型超新星作为测量遥远星系距离——从而测定宇宙膨胀速率——的“标准烛光”,已经成为宇宙学中具有重要意义的天体。从某些方面来讲,Ia型超新星仍属于神秘天体(或爆发事件),其前身星及爆发模型还没有得到很好的理解,当前的观测不足以对理论模型作出精确的限制。然而有很好的理由相信大多数Ia型超新星可能是由接近钱德拉塞卡质量极限(≈1.39 M_⊙)的碳-氧白矮星通过聚变中心的碳和氧所引发的热核爆炸产生的。至于这一爆发通过何种机制完成,例如具体到Ia型超新星爆发时的流体动力学过程,仍存在分歧。最近爆燃阶段的三维数值模拟结果似乎表明,在Ia型超新星爆发晚期引入爆轰机制是没有必要的。另一方面,尽管当前的多数证据表明,C-O白矮星+主序星(或红巨星)的演化模式比C-O白矮星+C-O白矮星的演化模式可能更合理,但双简并白矮星的前身星模型并不能被排除,因为它们能解释一些特殊的Ia型超新星爆发。

IA型超新星——宇宙的标准烛光

20世纪末,科学家通过对IA型超新星测距的研究认识到宇宙在加速膨胀,进而推论出暗能量的存在。这不仅是天文学,而且是物理学的巨大突破。

天际烛光——Ia型超新星

与人类一样，恒星的命运也是大相径庭的。大个的恒星，其兴也勃，其亡也速。它们是楚霸王式的，生则辉煌，死亦雄奇；小个的恒星，则一生平淡，在生命的尽头，默默耗尽了核燃料，化为一颗白矮星，冷却、黯淡，最终隐没在宇宙无尽的黑暗里。然而世事难料，夷门监者侯赢一生平淡无奇，却在迟暮之年成就一番传奇，彪炳青史，引得司马公为之浓墨重彩，赚得李太白为之诗兴勃发。而有的白矮星，在寂寞困顿之后，也像侯赢一样，因缘际会，化为天际烛光。那一刻的大爆炸，不仅光彩夺目，更像宇宙的信使，不远万里。揭示出宇宙深处的奥秘。

Ia型超新星前身星模型及其相关天体研究

Ia型超新星具有可校准的光度，可当作标准烛光，用来测定宇宙学距离，从而探索宇宙的形状．然而，Ia型超新星的前身星仍不清楚，这将直接影响当前宇宙学结果的可靠眭．本文在Ia型超新星前身星模型及其相关天体方面做了系统性的工作，下面是我们取得的一些主要的研究结果：

Ia超新星与哈勃常数(英文)

蓝 Ia超新星是迄今天文学家已知的校准得最好的标准烛光 ,峰值光度弥散仅为 0 .11mag.将近处距离已知的蓝 Ia超新星匹配到远处哈勃流样本中 ,便可获得哈勃常数的估计值 .当前的数据显示哈勃常数为H0 =( 55.3± 5.3) km· s-1· Mpc-1.

超新星研究进展

本文先介绍超新星巡天和分类,简要地论述历史超新星SN 1006一千年,接着讨论核心塌缩超新星物理和具体事例(SN 1987A 20年、SN 2006gy、2008D)及超新星与γ射线暴的联系,文章重点讨论Ia型超新星和宇宙学,评述了Ia型超新星在宇宙学中的应用和哈勃常数的确定,最后指出超新星研究目前存在的问题。

不同天文观测对宇宙学模型的限制

1998年，科学家们通过对Ia型超新星的观测研究，发现了宇宙在加速膨胀，揭示了暗能量的存在．该发现使得宇宙学成为当今物理学的研究热点．宇宙学是一门高度依赖于观测事实的学科，利用各类天文观测数据来限制不同的宇宙学理论模型是现代宇宙学的一项重要研究工作．

Ia型超新星——研究宇宙学的一把钥匙

超新星(supernova,SN)是某些超新星爆发时的光度可达太阳光度的约恒星在演化终期时灾变性的爆发,也是10^10倍,足以与整个星系媲美;数倍太宇宙中最激烈而引人注目的现象之一。阳质量的物质可被约10^51尔格的动能加速到光速的百分之几,抛向宇宙空间。

高红移Ⅰ_a型超新星的搜寻和宇宙的加速膨胀

观测研究表明，Ⅰａ型超新星可以作为宇宙距离测量的标准光源．天文学家还从近邻Ⅰａ型超新星光变的研究中得出可靠地确定其最高光度的方法．在此基础上，国际上两个相互竞争的研究集体经过几年的不懈努力，对高红移超新星进行了搜寻和观测．他们各自独立地得到了相同的结论：宇宙学常数Λ＞０，宇宙在加速膨胀．这项研究结果将对宇宙学，星系和大尺度结构的形成和演化的研究产生重要影响．更重要的是，它把所谓“宇宙学常数问题”提到我们面前，不再能够回避．

宇宙命运与Ia型超新星（上）

超新星是一些质量较大的恒星演化到晚期发生爆炸所产生的天体。它们在短时间内很明亮，一颗超新星的亮度可以相当于整个星系。超新星中有一类被称作Ia型超新星，

宇宙的命运与Ia型超新星（中）

宇宙膨胀的发现 1923年，俄罗斯宇宙学家亚历山大·弗里德曼首先用∧=0的爱因斯坦场方程建立了宇宙学膨胀模型（∧为宇宙学常数），他发表论文阐述了膨胀宇宙的思想，即曲率分别为正、负、零时的三种情况，称为弗里德曼宇宙模型。

宇宙的命运与Ia型超新星（下）

珀尔马特领导的超新星宇宙学计划（SCP）小组最初对超新星观测研究中的许多困难并不完全了解，随着他们逐渐接近成功，天文学家们开始看到此项研究的前途并出现竞争。澳大利亚国立大学的施密特和美国约翰．霍普金斯大学的里斯等人也实施超新星观测项目。

宇宙的“标准烛光”：Ⅰa型超新星的观测与理论

Ⅰa型超新星作为宇宙的"标准烛光"被用来测距并测定宇宙的膨胀历史以及确定暗能量的性质.一般认为Ⅰa型超新星可能源于接近1.4 M⊙碳氧白矮星的热核爆炸,但其爆发机制及前身星的性质还存在争论.这使得Ⅰa超新星距离测量可能存在的一些系统误差无法得到澄清.本文综述了当前Ⅰa型超新星的观测多样性特征以及相关的爆发机制和前身星模型.Ⅰa超新星的光谱和测光性质的弥散不能用单一的模型单简并或者双简并模型+几何效应来解释,这表明可能有多种渠道产生这类爆发.未来利用它们开展精确宇宙学研究需要对不同亚类的爆发进行区分和认证.

第五届陨石学与空间化学学术讨论会纪要

第五届陨石学与空间化学学术讨论会纪要第五届陨石学与空间化学学术讨论会于１９９４年１２月１９～２０日在云南景洪市召开。本届会议由中国矿物岩石地球化学学会和中国空间科学学会联合举办。何泽慧和欧阳自远院士到会并作学术报告。来自中国科学院、地质矿产部、国家地...