宇宙加速膨胀与Ia型超新星

20世纪90年代末，两个研究团队利用爆发的白矮星作为标准烛光，发现宇宙膨胀正在加速，这颠覆了引力应使其减速的预期。

Definition

宇宙加速膨胀是利用Ia型超新星确立的发现，即宇宙膨胀速率随时间增加；Ia型超新星是白矮星的热核爆炸，其标准化的峰值光度使其成为精确的距离指示器。

Scope

本主题涵盖Ia型超新星作为可标准化烛光，测量其距离和红移以描绘膨胀历史，发现遥远超新星比减速宇宙预测的更暗，以及推断暗能量成分驱动加速膨胀。

Core questions

• 为什么Ia型超新星是良好的标准烛光？
• 超新星观测如何揭示宇宙加速膨胀？
• 遥远超新星变暗意味着什么？

Key concepts

• Ia型超新星
• 可标准化烛光
• 光变曲线标准化
• 光度距离
• 哈勃图
• 减速参数
• 宇宙加速膨胀

Key theories

可标准化烛光

Ia型超新星的光变曲线形状与峰值亮度之间存在紧密关系，因此在标准化后，它们的光度几乎一致，从而能够准确测量高红移处的距离。

加速膨胀的证据

遥远的超新星比减速宇宙中预期的更暗，因此更远，这表明膨胀速度一直在加快，并且需要一个具有负压的成分。

Mechanisms

达到临界质量的白矮星会发生可重现光度的热核爆炸；通过校正光变曲线宽度和颜色，可以得到一个标准烛光，将亮度与红移绘制成哈勃图，其在高红移处的曲率揭示了加速膨胀。

Clinical relevance

超新星的发现是现代宇宙学中最具影响力的成果之一：它确立了暗能量和加速、平坦宇宙的存在，重塑了宇宙能量预算，并启动了一项旨在探究加速原因的大型观测计划。

History

超新星宇宙学项目和高红移超新星搜寻团队分别于1998年和1999年独立发现高红移超新星比预期更暗，这意味着加速膨胀；这一结果迅速得到证实，并于2011年获得诺贝尔物理学奖。

Debates

超新星宇宙学中的系统误差

超新星性质的演化、尘埃消光和选择偏差等可能的系统效应已被仔细审查，作为加速膨胀的替代解释，但结果已被独立探测所证实和加强。

Key figures

• Saul Perlmutter
• Brian Schmidt
• Adam Riess
• Robert Kirshner

Seminal works

• riess1998
• perlmutter1999

Frequently asked questions

为什么Ia型超新星对宇宙学如此有用？

它们极其明亮，在可观测宇宙的大部分区域可见，并且在对光变曲线形状和颜色进行标准化后，它们的峰值光度几乎相同，因此它们的视亮度可以提供可靠的距离来描绘膨胀历史。

超新星变暗如何暗示加速膨胀？

如果遥远的超新星比其红移预期更暗，那么它们必然比减速宇宙中它们应处的位置更远，这意味着膨胀随时间加速，这是暗能量的标志。