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自1998年天文学家宣布宇宙在加速膨胀以来，人们就把幕后推手锁定为一种叫“暗能量”的东西。于是，一场寻找暗能量性质和来源的活动就轰轰烈烈地展开了。可是，事情还没有个眉目，现在一个新的发现又让天文学家打了个寒战：宇宙中存在着一类违反常规的超新星！这样一来，他们就不能不怀疑，自己辛辛苦苦找了十多年的暗能量会不会只是一个错觉？若是错觉，那2011年的诺贝尔物理学奖都该收回去了。

为什么发现一类新的超新星天文学家就这么大惊小怪呢？

超新星与加速膨胀的宇宙

这种新发现的超新星被称为“Ia型超新星”，是由白矮星剧烈爆炸而产生的。白矮星是完成正常的生命周期程序、已经停止核聚变的恒星，为什么还能发生剧烈爆炸呢？在宇宙中，恒星以“单身”的形式存在是较为罕见的，多数都以双星系统而存在。如果一对恒星中，一颗坍缩成了白矮星，它就开始吞噬伴星物质。当吞噬到一定程度，白矮星内部的核聚变瞬间又被重新点燃，于是变成一颗超级明亮的天体——Ia型超新星。

因为Ia型超新星总是在白矮星处于相同阶段时爆发，所以爆发时有着大致相同的光度。既然大家光度是一样的，那么我们实际看到的它们的明暗（即亮度）就只跟它们离开我们的远近有关。这样，Ia型超新星在天空中的亮度就可作为一把“量天尺”，确定超新星所在的星系离开我们的距离。

当然，宇宙中还有别种类型的超新星存在，它们的爆发无规律可循，所以做不了“量天尺”；但因为它们的化学组成跟Ia型超新星不同，我们可以根据光谱就把它们跟Ia型超新星区别开来。

正是基于上述原因，导致了1998年的惊人发现。之前，虽然宇宙在膨胀是尽人皆知的事实，但教科书上的看法是，膨胀在引力的“刹车”作用下，应该在逐渐减慢。可是1998年，国际上两个独立的小组发现，某些Ia型超新星距离我们比原先设想的要远。这什么意思呢？如果假设宇宙在匀速膨胀，根据计算，某颗超新星跟我们有个距离A，但实际测到的是距离B，且B大于A。那么只有一种可能：宇宙既没有在减速膨胀，也没有在匀速膨胀，而是一反常态在加速膨胀。

虽然大家一时不知道宇宙为何会加速膨胀，但相信必有某种东西在暗中起作用。这种东西被称为“暗能量”。2011年，发现宇宙在加速膨胀的科学家被授予诺贝尔物理学奖。

“另类”超新星让暗能量成了问题

可是，正当大家把当初觉得不可思议的“宇宙在加速膨胀”接受为铁板钉钉的事实的时候，有人又出来搅浑水了。2006年，美国天文学家安迪·豪威尔在一次国际会议上提交了一篇论文，在文中他描述了一颗2003年爆发的Ia型超新星SNLS-03D3bb。这颗超新星不可理解之处在于它异常明亮，其光度明显超过了其它Ia型超新星。

这个发现的重要性是不言而喻的。我们从前面已经知道，天文学家之所以要提出个“暗能量”，是因为发现宇宙在加速膨胀。为什么宇宙在加速膨胀呢？因为作为“量天尺”的Ia型超新星离开我们的距离比原先设想的要远。为什么Ia型超新星可以作为宇宙的“量天尺”呢？因为这类超新星的光度都是基本一致的。可如今，这个一致性被打破了，Ia型超新星用作“量天尺”还能准确吗？如此反推回去，宇宙在加速膨胀是否实有其事也成问题了，暗能量就更不用说了。

当理论家们在讨论这一切是怎么可能的时候，在随后的5年里，越来越多光度较大的Ia型超新星冒出来。在调查过的1000多颗Ia型超新星中，大约有1%的光度比较大。不算多，是不是？但足以让人提出一个问题：宇宙膨胀在加速的结论还靠得住吗？暗能量会不会是一个错觉？2011年的诺贝尔物理学奖是不是该收回去？

当然，现在就回答这些问题还为时尚早。首先，毕竟“另类”Ia型超新星在所有Ia型超新星中所占比例只有1%。我们先要搞清楚，做出“宇宙在加速膨胀”这个发现的天文学家，当初选做“量天尺”之用的Ia型超新星里，有没有包含这种“另类”？如果没有，谢天谢地，“宇宙在加速膨胀”的结论依然成立；如果有，那就有点麻烦了，需要重新考察。但困难在于，Ia型超新星离开我们越远，要判断它是一颗普通还是“另类”Ia型超新星就越加困难，所以我们目前根本没法对他们的工作进行一一审查。

暗能量会是错觉吗？现在对这一问题最提心吊胆的恐怕就是2011年获得诺贝尔物理学奖的那几位天文学家了。

超级链接：是一颗白矮星还是两颗？

目前，理论家们为“另类”Ia型超新星为何比其它同型超新星的光度大，提出了很多猜测。一种可能是，如果白矮星自转非常快，那么其产生的离心力就能抵消一部分引力，使它在爆发成一颗超新星之前，可以拥有更大的质量。

还有一种更极端的猜测：白矮星可能有2颗，而不是1颗。譬如说，起初有两颗质量大约1个太阳质量的白矮星，一颗比另一颗稍大。稍大的一颗开始从同伴那里撕扯物质，当撕扯到一定程度，这颗白矮星内部的核聚变被点燃，超新星爆发了，它向外抛出的物质落入另一颗白矮星。另一颗白矮星虽然没有达到爆发的极限，但落入的物质因高速摩擦而发光，使得它变得更明亮。两颗白矮星总的效果就是亮度变亮了。

作者: 石无鱼

来源：《大科学》杂志

中科院物理所 2015-08-23 08:55:39