但苦于始終想不到好的措施證實其公道性

2014-05-02 11:46 來源：http://www.elinglong.com/ 閱讀：次

　　如果察看到特別超新星景象時王曉鋒不提出疑難，并進行勇敢猜想；如果大學期間王曉鋒沒有那段看似沒什么成果的訓練，或者有過卻沒有進行關系；如果沒有對問題的保持關注，或者是對國際數(shù)據(jù)進行及時應用；如果在質疑聲跟艱苦眼前退縮，或者廢棄……無論哪一條成為事實，興許這項結果不會這樣浮現(xiàn)出來。然而咱們曉得沒有假如，我們要做的是走好每一步！

圖為在附近星系NGC 1365中暴發(fā)的Ia型超新星。個別以為是Ia型超新星源于雙星體系中的白矮星爆炸。伴星可能是一個巨星，亞巨星，主序星，或另一顆白矮星。不同的前身星系統(tǒng)發(fā)生的Ia型超新星的光譜特點可能不同，這些性質可能與它們在宿主星系中的地位有關。

伴星模型，終止“長久戰(zhàn)”

　　1929年天文學家艾德溫.哈勃發(fā)現(xiàn)了河漢系之外的星系離我們的距離與闊別它們遠離的速度成正比，即退行速度越大的星系離我們也更遙遠。這就是有名的哈勃定律，它表明了宇宙不是靜止不變的，而是處于膨脹之中。以此推論宇宙在早期一定很小甚至很致密，而當初的實踐認為宇宙很可能起源于一百多億年前的一次熱大爆炸產生。這一說法還得到了宇宙微波背景輻射（大爆炸后產生的殘余輻射，到今天它的溫度降到了約3K）探測以及宇宙大標準構造等觀測證據(jù)的支持。膨脹的宇宙的發(fā)現(xiàn)是20世紀最重要的天文發(fā)現(xiàn)之一，它讓人們找到了宇宙來源的線索。而進一步了解宇宙膨脹的運氣則需要找到一種可能準確量度宇宙膨脹速度的“標準燭光”天體。Ia型超新星（一種恒星爆炸天象）恰是這樣一類天體，其爆發(fā)時間度異常亮并且較平均。

　　1998年，國際上兩個研究組對遙遠星系中爆發(fā)的Ia型超新星進行了具體和觀測和研究發(fā)現(xiàn)遠處的超新星較近處的暗25%，從而得出宇宙加速膨脹這一驚人的結論。這一重大發(fā)現(xiàn)是在哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹后，對宇宙的更進一步的意識。加速膨脹表明宇宙存在一種排擠力（與通常物質的引力作用相反），這被歸納為宇宙暗能量的存在。上述發(fā)現(xiàn)在2011年取得了諾貝爾物理學獎。

　　王曉鋒研究組正是在這一問題的研究上獲得了重要打破。首先根據(jù)觀測到的超新星譜線特征對超新星進行了系統(tǒng)的分類，隨后發(fā)現(xiàn)這些不同類型的Ia型超新星所處的爆發(fā)環(huán)境有較大的差異：爆發(fā)時譜線向觀測者挪動較大的超新星絕對移動較小的超新星其前身星存在較多的金屬且顯得更年輕。前者的前身星系統(tǒng)看起來較亮且周圍殘留有恒星演化時丟掉的物質表明它們來自于單簡并模型；而后者的前身星系統(tǒng)看起來較暗且星周較清潔，表明它們可能來自于雙簡并模型。這一發(fā)現(xiàn)首次表明Ia超新星爆發(fā)對于利用超新星研究宇宙學有側重大影響，有助于辨別不同“標準燭光”，節(jié)制樣本偏差，減少由此引入的盤算誤差。

　　后來是由于聯(lián)想到了王曉鋒老師自己大學期間做過超新星在星系散布的相干研究，但當時并沒有得到什么好的結論或者成果，只是用來做訓練的。而那些問題讓王聯(lián)想到能夠考慮將超新星和它的爆炸環(huán)境接洽起來，找到了難點的沖破口，研討也趁勢翻開了新思路。

　　超新星爆炸釋放的光度是十分大的，如在多少周內釋放的能量比太陽在100億年間總共釋放的能量還要多。因而即便在離我們很遠的位置爆炸，如在宇宙年紀的1/3-1/4處，我們也能看到它們；并且多數(shù)Ia型超新星開釋出來的總能量比較相似。因為Ia超新星的這種特征，地理學家把超新星當成了一種“尺度燭光”，通過這個“燭炬”在不同距離處的亮度，即可利用物理公式求出它離我們的距離。

　　“應當要相信：干什么都不會白干。”

　　這些引發(fā)了王曉鋒的思考：什么起因造成了這種現(xiàn)象呢？

　　實在兩種不同模型的超新星發(fā)出的光可能是有差別的，例如單簡并系統(tǒng)產生的可能對應這一個100瓦的燈泡，而雙簡并系統(tǒng)相稱于110瓦的燈泡；并且這兩類系統(tǒng)的比例在不同距離處有可能不同。懂得這些差別并且進行有效把持對今后的宇宙學研究無比重要。

　　王曉鋒老師當時就推測，可能是這種超新星爆炸時包抄了一層來自前身星演化造成的塵埃。超新星爆炸時產生的光子被軟禁在塵埃層中，光子經由了屢次散射才從塵埃殼中出來，因而光子的頻率減小，能量下降，光譜的能量分布產生了轉變。這對單簡并系統(tǒng)是可以說明的，前身星系統(tǒng)在演化進程中，丟失的物質會構成塵埃殼層。而雙簡并系統(tǒng)中的星體喪失的物質經過長期演變，終極消散在星際空間，因此不會存留顯明的物資殼層。因此可以揣測M100中的超新星有可能來自于單簡并的前身星系統(tǒng)。

　　“我還要持續(xù)深刻這個課題，更加完美我們的這個結論。“王曉鋒老師給我留下了等待。

　　1917年，愛因斯坦利用他的引力場方程，對宇宙整體的性質進行了考核。為了解釋物質密度不為零的靜態(tài)宇宙的存在，他在場方程中引入了一個與度規(guī)張量成比例的常數(shù)項。該比例常數(shù)很小，在天河系尺度范疇可疏忽不計，只在宇宙尺度下才可能有意思，這被稱作宇宙學常數(shù)。

　　2012年，美國伯克力大學以及哈佛大學天體物理中央釋放了一批重要的超新星數(shù)據(jù)。王曉鋒研究組及時利用了這批數(shù)據(jù)分析了上百顆超新星光譜的特征，最終發(fā)現(xiàn)譜線藍移大的一類超新星起源于金屬含量高且較為年青的恒星系統(tǒng)，與單簡并的相吻合；而譜線藍移速度較低的則起源于金屬光度較低、春秋稍老的系統(tǒng)，與雙簡并系統(tǒng)比較像。

　　為了驗證自己的主意，他和他的共事申請了哈勃空間千里鏡的觀測時間，對爆炸300多天當前的超新星進行了高辨別率的成像觀測,財務培訓，發(fā)現(xiàn)了一種獨特的現(xiàn)象：超新星已經看不見了，但在原超新星位置周圍有一圈英俊的光環(huán)。而這個光環(huán)最有可能就是超新星的光被周圍的塵埃散射折射后延遲幾百天達到觀測者而形成的。這個結果進一步證實了王曉鋒的推測：譜線藍移大的超新星來自于單簡并系統(tǒng)。

　　從30多年前開端，學界提出了各種各樣的伴星模型，但始終沒有一致的論斷。比擬風行的有兩種：單簡并模型（也稱吸積模型）和雙簡并模型（也稱并合模型）。兩種模型各有各的支撐者，但都各執(zhí)己見，而且都無奈用可托的數(shù)據(jù)證明本人的準確性。因此在利用這些宇宙燭光進行間隔丈量時并未斟酌這些伴星的影響。

王曉鋒課題組：厚積薄發(fā)，揭示“宇宙煙花”真面目

　　恒星演化有幾種結局：質量比較大的恒星（如>8個太陽質量），演化末期最終直接產生中心塌縮爆發(fā)，核心形成致密的中子星或者是黑洞；而像太陽一樣的品質較小的恒星演化終局是把外殼層物質拋掉后，形成白矮星。如果白矮星處于一個孤破的系統(tǒng)，那么跟著內部核反響的結束而無產生更多的能量供其發(fā)光發(fā)燒，全部星體將緩緩冷卻；若白矮星有距離很近的伴星，則它會從伴星中汲取物質來一直增長本身的質量。當質量增添某一個極限值時，即使是致密的電子氣體也無法攔阻來星體的宏大引力。星體部分塌縮導致核心溫度升高，從而中央的物質被點燃并引發(fā)一個失控的熱核反映，將整個星體炸掉。此類恒星爆炸被稱為Ia型超新星爆發(fā)。因為其在古代宇宙學中表演了主要的角色，從而其爆發(fā)模型自身也成為學界研究的熱門。

機遇眷顧有預備的人

　　普通的白矮星形成時其質量不足以引發(fā)爆炸，它須要吸積伴星物質或者是同另一顆白矮星并合的方法到達爆發(fā)的質量極限。這兩種不同的情形象征著Ia型超新星前身星演化至爆發(fā)時的需要的時間、金屬豐度以及爆發(fā)時的星周環(huán)境等有著很大的差異。

研通社記者陳陸淼方文

　　從預測，到最終證明，王曉鋒他們整整用了近5年的時光。但是時間的沉積，打下了堅實的基本：充分的籌備以及牢靠的推測。再當有相關數(shù)據(jù)被釋放時，他們能及時利用現(xiàn)有資源，讓這些數(shù)字成為他們的觀點的有利佐證。因此可以信任，這次發(fā)明偶爾中存有必定，是科學研究過程中必然閱歷的過程。

　　在研究過程中，王曉鋒也碰到過一些質疑聲，但是他沒有被影響，因為他相信自己的工作。比喻說2009年提出超新星譜分類研究中提到譜線藍移較大的超新星其色彩看起來較紅，王給出的解釋是因為四周有前身星演化殘留下來的星周塵埃造成的；而美國一位學者就認為結論是過錯的，他認為看到的紅色是超新星固有特征，在國際上對王的觀點進行壓抑。但是王曉鋒并沒有搖動，他還堅持自己，并用更多的證據(jù)和奇妙的剖析證實了自己的結論。

堅持自己，終見彩虹

　　也許你會認為超新星是一種星體，也許你會預測它是宇宙中的一類天體，而其實王曉鋒老師是這樣描寫的：超新星是一些類型的恒星演化到晚期產生的極其高能的爆炸現(xiàn)象；也可以把超新星爆發(fā)設想為一個炮仗或者煙花，在宇宙空間中爆炸了，并點亮了周圍的空間。他先容我國古代對超新星爆發(fā)現(xiàn)象有早有記錄，比方《宋會要》史書中詳細地記載了宋朝在1006年和1054年間發(fā)生的客星（實為新爆發(fā)的超新星）現(xiàn)象，如爆發(fā)時在天空上的位置，亮度以及連續(xù)的時間。

　　當文章發(fā)表時，國際上反向很大，評估很高。如美國前天文學科主席Craig Wheeler教學在文章發(fā)表兩天就寫來郵件說：That is a big deal！；另一位日本東京大學K. Maeda傳授本來是一直是單簡并系統(tǒng)的忠誠支持者，但看到王等論文中出現(xiàn)出來的美麗成果后，他認為單簡并派和雙簡并派多年的爭辯也允許以停滯了。

　　難題的呈現(xiàn)就是一個新思維的起源。王曉鋒老師認為整個過程中最大的難點在于怎么找到一個好的方法去把他們的結論給完善地呈現(xiàn)出來。其實，當時他們對超新星伴星模型的判定在學界也漸漸萌芽了，但苦于一直想不到好的措施證明其公道性。王曉鋒研究組在研究過程中也試了各種辦法，卻沒有勝利。

　　但是當時只有這一個樣本，一個特例，無法下結論。

編纂：襄樺

　　之前，有學者認為所有Ia超新星都來自于同一爆炸模型，而視察結果的不同是因為觀察的幾何效應造成的。而王曉鋒研究組就通過研究超新星的爆發(fā)環(huán)境，證明爆炸差異與環(huán)境有著非常強的關聯(lián)，即否認了“統(tǒng)一爆炸模型”的結論，并證實了自己的斷定。

　　路漫漫其修遠兮，吾將高低而求索。迷信之路素來沒有一路順風的，但好事多磨的卻不乏。

　　回想起最初有這個課題的設法，王曉鋒老師當時還在美國工作。2008年，當他發(fā)展臨近星系M100中一顆特殊超新星研究時發(fā)現(xiàn)它和正常的Ia型超新星性質不同。重要表示該超新星的譜線與畸形的超新星比擬藍移的速度非常大。后續(xù)通過更多的數(shù)據(jù)分析揭示消光該超新星視線方向的消光與星河系的塵埃的消光性質不同，消光系數(shù)小了一半。

　　清華大學物理系王曉鋒老師研究組針對Ia型超新星的光譜觀測特征和它們的宿主星系的性質進行了最新的研究，對Ia型超新星的前身星模型給出了新的限度進。該項研究成果以《兩類不同Ia型超新星的證據(jù)》（Evidence for Two Distinct Populations of Type Ia Supernovae）為題于2013年4月12日在美國頂尖學術期刊《科學》（Science）正式發(fā)表。

Ia型超新星，“標準燭光”

　　然而，令人覺得遺憾的是，Ia型超新星的爆發(fā)以及它們的前身星的物理機制依然是個謎題。即使近幾年來觀測到的Ia型超新星的數(shù)據(jù)明顯增加，天文學家可以探測爆發(fā)超新星的一些觀測性質上的差異，并提出可能存在的多種爆發(fā)模型，但不同的學者各執(zhí)己見，未能達到公認的同一。