彌合宇宙鴻溝：對宇宙膨脹的先驅性測量改變了長期以來的爭論
由于來自一顆放大的、多重成像的超新星的數據，由明尼蘇達大學雙子城分校的研究人員領導的一個團隊成功地使用了一種首次出現的技術來測量宇宙的膨脹率。他們的數據為該領域的一個長期爭論提供了洞察力，并可以幫助科學家更準確地確定宇宙的年齡，更好地理解宇宙。
這項工作分為兩篇論文，分別發表在世界頂級同行評議的學術期刊《科學》和天體物理學期刊《天體物理學報》上，后者是一份同行評議的天體物理學和天文學科學期刊。
在天文學中，有兩種對宇宙膨脹的精確測量，也被稱為"哈勃常數"。一個是從附近的超新星觀測中計算出來的，第二個是使用"宇宙微波背景"，或在宇宙大爆炸后不久開始自由流動的輻射。
然而，這兩種測量方法相差約10%，這在物理學家和天文學家中引起了廣泛的爭論。如果這兩個測量結果都是準確的，這意味著科學家目前關于宇宙構成的理論是不完整的。
兩篇論文的主要作者、明尼蘇達大學物理和天文學學院助理教授帕特里克-凱利說："如果新的、獨立的測量結果證實了哈勃常數的兩個測量結果之間的這種分歧，它將成為我們理解宇宙的一個缺口。最大的問題是一個或兩個測量結果是否可能存在問題。我們的研究通過使用一種獨立的、完全不同的方式來測量宇宙的膨脹率來解決這個問題。"
明尼蘇達大學領導的團隊能夠利用凱利在2014年發現的一顆超新星的數據來計算這個數值--這是有史以來第一個多重成像的超新星的例子，這意味著望遠鏡捕捉到了同一宇宙事件的四個不同圖像。在發現之后，世界各地的團隊預測，這顆超新星將在2015年重新出現在一個新的位置，明尼蘇達大學的團隊檢測到了這個額外的圖像。
這些多重圖像的出現是因為該超新星受到了一個星系團的引力凝聚，這是一種來自星系團的質量彎曲并放大光線的現象。通過利用2014年和2015年圖像出現之間的時間延遲，研究人員能夠利用挪威天文學家Sjur Refsdal在1964年提出的一個理論來測量哈勃常數，這個理論在以前是不可能付諸實踐的。
凱利說，研究人員的發現并沒有絕對解決爭論，但他們確實為這個問題提供了更多的洞察力，并使物理學家更接近于獲得宇宙年齡的最精確測量。測量結果與來自宇宙微波背景的數值有更好的一致性，盡管--鑒于不確定性--它并沒有排除來自本地距離階梯的測量，如果對未來同樣被星系團引力凝聚的超新星的觀測產生了類似的結果，那么它將確定目前的超新星數值的問題，或者我們對星系團暗物質的理解。
利用同樣的數據，研究人員發現，目前一些星系團暗物質的模型能夠解釋他們對超新星的觀測。這使他們能夠確定星系團中暗物質位置的最準確模型，這是一個長期困擾天文學家的問題。
