引言：宇宙膨脹，暗能量的出現

宇宙在膨脹，這是一個不爭的事實。當我們通過望遠鏡望向四面八方時，我們看到遙遠的星系正在遠離我們，它們的光由於宇宙膨脹而發生紅移。自從1929年科學家埃德溫·哈勃計算並得出星系距離和紅移之間的關係以來，人們就知道了這一點。然後在20世紀90年代末，兩項關於遙遠超新星的研究發現宇宙的膨脹正在加速。於是科學家猜測某種神祕的東西一定在推動宇宙膨脹，它的名字就叫做暗能量。

在天文學中，暗能量被作為一種充溢空間的、具有負壓強的能量，它是目前解釋宇宙加速膨脹和宇宙中失落物質等問題的關鍵，因為暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種，受到廣大科學家的青睞。

暗能量現在是宇宙學標準模型的一部分，它被認為佔宇宙物質能量的68%。雖然有大量資料間接支援暗能量的存在，但該模型也存在問題。新的研究甚至表明它可能不存在，也就是說暗能量可能並不存在。這是一個大膽的斷言，讓我們看看資料。

首先我們來看看埃德溫·哈勃的原始關係(左)與現代測量哈勃引數的關係(右)。星系紅移和星系距離之間的關係現在被稱為哈勃常數，通過測定哈勃引數和測量宇宙中物質的密度，我們可以確定宇宙中有多少暗能量。星系的紅移很容易確定，但測量距離卻很困難。

因此哈勃通過觀察造父變星來確定距離，造父變星具有很強的週期光度關係。萊維特(Henrietta Leavitt)發現了這種關係，他研究了1700多個造父變星。通過測量造父變星的週期，可以知道它的絕對大小以及真實亮度，隨後將其與視星等進行比較，你就知道了恆星的距離。視星等是指觀測者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負數，數值越小亮度越高，反之越暗，因此我們時常看到的負數視星等亮度很高。

這種方法只適用於不到2000萬光年遠的星系中的造父變星，對於非常遙遠的星系，天文學家只能依靠一種被稱為Ia型的超新星。當白矮星爆炸時，它們的絕對大小和星等相當相似，因此就像造父變星可以用來計算距離一樣，這些超新星也可以。但是超新星太亮了，可以用來測量數十億光年外星系的距離。而巧的是，暗能量的第一個證據就是通過觀測遙遠的Ia型超新星發現的。

在科學界，關於Ia型超新星的形成，科學家認為需要這些條件，那就是一個雙星系統，其中一個是巨星，另一個是白矮星。最終品質極大的白矮星吸取巨星的物質，當達到1.44個太陽品質時，會發生碳爆轟，核爆炸後沒有遺留產物。

目前關於Ia型超新星的一個基本假設是，無論它們發生在宇宙的什麼地方，它們的最大亮度都是相同的。這是有道理的，因為白矮星有一個被稱為錢德拉塞卡極限的絕對最大品質(大約1.4倍太陽品質)。所以超新星爆炸的品質和能量都差不多，所以亮度也一樣。這是通過觀測離我們近2000萬光年的超新星得到證實的。

但是隨著研究的深入，人們發現並非所有的Ia型超新星都是相同的。它們可以發生在單個白矮星爆炸時，也可以發生在白矮星合併時。事實上，白矮星合併事件似乎更常見，科學家發現在那些品質可以大於錢德拉塞卡限制的事件中，還有一種被稱為Iax型的變種白矮星，該白矮星不會完全爆炸。並且兩者的亮度都與標準版本不同，這可能會影響距離測量。

雖然這種結果使得距離測量更加複雜，但這是天文學家可以彌補的。這些超新星的變亮和變暗的過程有細微的區別，因此它們通常是可以區分的。但是物理定律在宇宙的任何地方都是一樣的，所以只要我們選擇正確的超新星並根據一些因素進行調整，我們的距離測量應該是準確的的。

但是一項新的研究對我們關於Ia型超新星的假設提出了質疑。在9年多的時間裡，該團隊對超新星發生的所有鄰近星系進行了詳細的光譜觀測。由此，他們計算了這些星系的年齡。他們還研究了這些星系中超新星的光曲線。由於這些星系都在造父變星的範圍內，研究小組無需對超新星做任何假設就能知道它們的距離。

有了所有這些資料，他們接著觀察超新星的光曲線是否與宿主星系中恆星的整體年齡有關。他們發現了一種密不可分的關係。換句話說，超新星的亮度會隨著時間的推移而變化，而它們都是一樣的假設並不完全成立。

這是一個驚人而重要的結果，但我們不應該過早下結論。雖然超新星演化的證據看起來相當充足，但目前只有鄰近星系的資料。為了消除暗能量的影響，研究小組假設他們的模型可以擴充套件到很遠的地方。目前的模型假設超新星不會在很遠的地方演化，但是從宇宙微波背景和大尺度星系的聚集方式的觀察中，也有其他證據表明暗能量的存在，甚至仍有大量證據表明暗能量存在。

但這項新研究可能有助於解開另一個謎，即所謂的哈勃張力。基本上，我們不能完全確定哈勃常數是多少。宇宙背景等方法給出的數值約為67 (km/s)/Mpc，而超新星測量給出的數值約為73 (km/s)/Mpc。過去不確定性很大，這種差異並不重要，但現在不確定性很小，不同的方法不一致。超新星的演化可能不會消除暗能量，但它可能有助於解決哈勃結果中的關係。

不管怎樣，這個研究結果是科學探索道路的重要插曲。