“双胞胎”超新星研究为精确宇宙学开辟了新的可能性

这些发现也将是即将进行的主要宇宙学实验的核心，这些实验将使用新的地面和太空望远镜来测试暗能量的替代解释。

发表在《天体物理学杂志》上的两篇论文报告了这些发现， Kyle Boone是第一作者。目前， Boone是华盛顿大学的博士后研究员，他曾是诺贝尔奖得主索尔·珀尔马特的研究生，他是伯克利实验室的高级科学家和加州大学伯克利分校的教授，领导了最初发现暗能量的团队之一。珀尔马特也是这两项研究的共同作者。

1998年，超新星被用来做出惊人的发现，即宇宙的膨胀正在加速，而不是像人们预期的那样放缓。这种加速--归因于占宇宙所有能量三分之二的暗能量--后来被各种独立的技术以及对超新星更详细的研究所证实。

暗能量的发现有赖于使用一类特殊的超新星，即Ia型。这些超新星总是以几乎相同的内在最大亮度爆炸。因为观察到的超新星的最大亮度被用来推断其距离，内在最大亮度的微小剩余变化限制了暗能量的测试精度。尽管20年来许多小组进行了改进，但直到现在，对暗能量的超新星研究仍然受到这些变化的限制。

超新星的数量翻了两番

SNfactory宣布的新结果来自一项多年的研究，该研究完全致力于提高用超新星进行的宇宙学测量的精度。对暗能量的测量需要将数十亿光年外的遥远超新星的最大亮度与 "仅 "3亿光年外的邻近超新星的亮度进行比较。该研究小组对数百个这样的附近超新星进行了细致的研究。每颗超新星都被测量了若干次，间隔时间为几天。每次测量都检查超新星的光谱，记录其在可见光波长范围内的强度。安装在夏威夷大学毛纳克亚2.2米望远镜上的一台为这项调查定制的仪器--超新星积分场光谱仪，被用来测量这些光谱。

“我们早就有这样的想法，如果两个超新星的爆炸物理学是相同的，它们的最大亮度也会相同。” Perlmutter说：“利用近距离超新星工厂的光谱作为一种通过超新星爆炸的CAT扫描，我们可以测试这个想法。”

事实上，几年前，物理学家Hannah Fakhouri做出了一个对周日的结果至关重要的发现。在观察SNfactory拍摄的大量光谱时，她发现在相当多的情况下，来自两个不同超新星的光谱看起来几乎相同。在50个左右的超新星中，有些几乎是相同的“双胞胎”。当一对“双胞胎”的摇摆不定的光谱被叠加在一起时，对眼睛来说，只有一条轨道。目前的分析建立在这一观察的基础上，以模拟超新星在接近其最大亮度的时期的行为。

这项新工作使分析中使用的超新星的数量几乎翻了两番。这使得样本大到足以应用机器学习技术来识别这些双胞胎，从而发现Ia型超新星的光谱只在三个方面有所不同。超新星的内在亮度也主要取决于这三种观察到的差异，这使得测量超新星的距离有可能达到3%左右的显著精度。

同样重要的是，这种新方法不会受到以前方法的困扰，在比较不同类型的星系中发现的超新星时，会出现偏差。由于近处的星系与远处的星系有些不同，人们很担心这种依赖性会在暗能量测量中产生错误的读数。现在，通过用这种新技术测量遥远的超新星，可以大大减少这种担忧。

在描述这项工作时，Boone 指出：“传统的超新星距离测量使用光曲线--当一颗超新星变亮和变暗时以几种颜色拍摄的图像。相反，我们使用每个超新星的光谱。这些光谱要详细得多，通过机器学习技术，就有可能分辨出复杂的行为，这是测量更准确距离的关键。”

Boone 论文的结果将有利于即将进行的两项主要实验。第一个实验将在智利在建的8.4米鲁宾天文台进行，其空间和时间的遗产调查是美国能源部和国家科学基金会的一个联合项目。第二个是美国宇航局即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。这些望远镜将测量数以千计的超新星，以进一步提高对暗能量的测量。他们将能够把他们的结果与使用补充技术进行的测量进行比较。

Aldering也是这些论文的共同作者，他指出："这种距离测量技术不仅更准确，而且只需要一个单一的光谱，在超新星最亮的时候拍摄，因此最容易观察到--这是一个游戏规则的改变！" 拥有各种技术在这一领域特别有价值，因为在这一领域中，先入为主的观念已被证明是错误的，对独立验证的需求很高。

SNfactory合作项目包括伯克利实验室、索邦大学核物理和高能实验室、里昂天文研究中心、克劳德-贝尔纳大学2个无限体物理研究所、耶鲁大学、德国洪堡大学、马克斯-普朗克天体物理研究所、清华大学、马赛粒子物理中心和克莱蒙奥弗涅大学。

这项工作得到了美国能源部科学办公室、美国宇航局天体物理部、戈登和贝蒂-摩尔基金会、法国国家核与粒子物理研究所和法国国家科学研究中心地球科学与天文学研究所、德国研究基金会和德国航空航天中心、欧洲研究理事会、清华大学以及中国国家自然科学基金的支持。