天文學家利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），透過研究SN H0pe（一顆重力透鏡Ia型超新星），改進了哈伯常數的測量方法。這種方法將重力透鏡和時間延遲觀測結合在一起，更精確地確定了宇宙的膨脹率，有助於調和過去測量結果之間的一些差異。

哈伯常數定義了宇宙膨脹的速度，測量哈伯常數是全球天文學家的動態研究領域。 這些研究人員分析來自地面和軌道天文台的數據。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡已經為這項討論做出了重大貢獻。 今年早些時候，天文學家利用韋伯望遠鏡的數據（包括仙王座變星和Ia型超新星–兩者都是可靠的宇宙距離標記），驗證了美國宇航局哈伯太空望遠鏡之前對宇宙膨脹率的測量結果。

現在，研究人員正在使用一種獨立的測量方法–重力透鏡超新星–來進一步提高哈伯常數的精確度。 來自亞利桑那大學的布倫達-弗萊（Brenda Frye）和一個由來自世界各地不同機構的許多研究人員組成的團隊，在韋伯發現一個遙遠而密集的星系團方向有三個光點之後，正在領導這項工作。 我們邀請弗萊博士為我們詳細介紹研究小組暱稱為H0pe的超新星，以及重力透鏡效應是如何為哈伯常數提供洞察力的：

「這一切都源自於團隊的一個問題： ‘之前沒有的那三個點是什麼？ 那會是超新星嗎？ 這些光點在2015年哈伯對同一星團的成像中並不可見，而當韋伯的”銀河系外主要區域再電離和透鏡科學（PEARLS）’星團’保證時間觀測”計劃拍攝的PLCK G165.7+67.0圖像到達地球時，這些光點就顯而易見了。一個浮現在腦海中的，理由很充分：”G165 星區之所以被選中參加這個計劃，是因為它的恆星形成率很高，每年超過300 個太陽質量，而這一特性與較高的超新星形成率相關。

美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam）拍攝的左側星系團PLCK G165.7+67.0（也稱為G165）的圖像顯示了前景星系團對遠處宇宙的放大效應。 右側的放大區域顯示了超新星H0pe 在重力透鏡作用下的三重成像（標有白色虛線圓圈）。 透鏡由位於超新星和我們之間的星系團組成，它將超新星的光線彎曲成多幅影像。為了獲得三個影像，光線沿著三個不同的路徑傳播。 由於每條路徑的長度不同，而光的傳播速度相同，因此在這次韋伯觀測中，超新星在其爆炸過程中的三個不同時間段都能成像。 這顆多重成像的超新星為天文學家提供了一種獨特的方法來計算哈伯常數的新值–宇宙加速的速度。 Credit: NASA， ESA， CSA， STScI， Brenda Frye (University of Arizona)， Rogier Windhorst (ASU)， S. Cohen (ASU)， Jordan CJ D’Silva (UWA)， Anton M. Koekemoer (STScI)， Jake Summers (ASU)

“初步分析證實，這些小點對應的是一顆爆炸恆星，一顆具有罕見特性的恆星。首先，這是一顆Ia型超新星，是一顆白矮星的爆炸。 這種類型的超新星一般被稱為”標準燭光”，這表示超新星具有已知的內在亮度。

“重力透鏡對這次實驗非常重要。由位於超新星和我們之間的星系團組成的透鏡將超新星的光線彎曲成多個影像。就好比一面三折梳妝鏡能呈現出坐在鏡子前的人的三種不同影像。

“為了獲得三幅影像，光線沿著三個不同的路徑傳播。 由於每條路徑的長度不同，而光的傳播速度相同，因此在這次Webb 觀測中，超新星在其爆炸過程中的三個不同時間段都能成像。

“三折超新星影像很特別： 時間延遲、超新星距離和重力透鏡特性得出了哈伯常數或H0（發音為H-naught）的值。 這顆超新星被命名為SN H0pe，因為它給天文學家帶來了更了解宇宙膨脹率變化的希望。

影響與未來研究

為了進一步探索SN H0pe，PEARLS-Clusters 小組撰寫了一份韋伯主任自由支配時間（DDT）提案，該提案經過科學專家的雙重匿名評審，並由韋伯科學政策小組推薦進行DDT 觀測。 同時，亞利桑那州霍普金斯山上的6.5 公尺望遠鏡MMT 和格雷厄姆山上的大型雙筒望遠鏡也獲得了數據。 透過這兩個觀測的分析，研究小組能夠確認SN H0pe是固定在一個背景星系上的，它遠遠位於星團之後，在大爆炸後35億年就已經存在了。

SN H0pe是迄今為止觀測到的最遙遠的Ia型超新星之一。 另一位小組成員透過分析韋伯望遠鏡中分散成各組成顏色或’光譜’的光的演變過程，進行了另一次時間延遲測量，證實了SN H0pe的Ia型性質。

七個分組提供了描述星系團二維物質分佈的透鏡模型。 由於Ia型超新星是一種標準燭光，因此每個透鏡模型都根據其預測時間延遲和超新星亮度相對於真實測量值的能力進行了’分級’。

為了防止偏差，這些獨立小組對結果進行了盲測，並在公佈的’現場解盲’日期和時間相互揭曉。 研究小組報告的哈伯常數值為每百萬帕秒75.4公里/秒，正8.1或負5.5。 [一個百萬帕秒相當於3.26 光年的距離。 ］ 這是用此方法第二次測量哈伯常數，也是第一次使用標準蠟燭來測量。 PEARLS 計畫的首席研究員說：『這是韋伯的偉大發現之一，它讓我們對宇宙的這個基本參數有了更好的了解。 “

“我們團隊的結果很有影響力： 哈伯常數的值與本地宇宙中的其他測量值相吻合，與宇宙年輕時獲得的值有些矛盾。第3 週期的韋伯觀測將改善不確定性，從而能夠對H0 進行更靈敏的約束。

編譯自/ SciTechDaily