但苦于始终想不到好的措施证实其公道性

2014-05-02 11:46 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

　　如果察看到特别超新星景象时王晓锋不提出疑难，并进行勇敢猜想；如果大学期间王晓锋没有那段看似没什么成果的训练，或者有过却没有进行关系；如果没有对问题的保持关注，或者是对国际数据进行及时应用；如果在质疑声跟艰苦眼前退缩，或者废弃……无论哪一条成为事实，兴许这项结果不会这样浮现出来。然而咱们晓得没有假如，我们要做的是走好每一步！

图为在附近星系NGC 1365中暴发的Ia型超新星。个别以为是Ia型超新星源于双星体系中的白矮星爆炸。伴星可能是一个巨星，亚巨星，主序星，或另一颗白矮星。不同的前身星系统发生的Ia型超新星的光谱特点可能不同，这些性质可能与它们在宿主星系中的地位有关。

伴星模型，终止“长久战”

　　1929年天文学家艾德温.哈勃发现了河汉系之外的星系离我们的距离与阔别它们远离的速度成正比，即退行速度越大的星系离我们也更遥远。这就是有名的哈勃定律，它表明了宇宙不是静止不变的，而是处于膨胀之中。以此推论宇宙在早期一定很小甚至很致密，而当初的实践认为宇宙很可能起源于一百多亿年前的一次热大爆炸产生。这一说法还得到了宇宙微波背景辐射（大爆炸后产生的残余辐射，到今天它的温度降到了约3K）探测以及宇宙大标准构造等观测证据的支持。膨胀的宇宙的发现是20世纪最重要的天文发现之一，它让人们找到了宇宙来源的线索。而进一步了解宇宙膨胀的运气则需要找到一种可能准确量度宇宙膨胀速度的“标准烛光”天体。Ia型超新星（一种恒星爆炸天象）恰是这样一类天体，其爆发时间度异常亮并且较平均。

　　1998年，国际上两个研究组对遥远星系中爆发的Ia型超新星进行了具体和观测和研究发现远处的超新星较近处的暗25%，从而得出宇宙加速膨胀这一惊人的结论。这一重大发现是在哈勃发现宇宙膨胀后，对宇宙的更进一步的意识。加速膨胀表明宇宙存在一种排挤力（与通常物质的引力作用相反），这被归纳为宇宙暗能量的存在。上述发现在2011年取得了诺贝尔物理学奖。

　　王晓锋研究组正是在这一问题的研究上获得了重要打破。首先根据观测到的超新星谱线特征对超新星进行了系统的分类，随后发现这些不同类型的Ia型超新星所处的爆发环境有较大的差异：爆发时谱线向观测者挪动较大的超新星绝对移动较小的超新星其前身星存在较多的金属且显得更年轻。前者的前身星系统看起来较亮且周围残留有恒星演化时丢掉的物质表明它们来自于单简并模型；而后者的前身星系统看起来较暗且星周较清洁，表明它们可能来自于双简并模型。这一发现首次表明Ia超新星爆发对于利用超新星研究宇宙学有侧重大影响，有助于辨别不同“标准烛光”，节制样本偏差，减少由此引入的盘算误差。

　　后来是由于联想到了王晓锋老师自己大学期间做过超新星在星系散布的相干研究，但当时并没有得到什么好的结论或者成果，只是用来做训练的。而那些问题让王联想到能够考虑将超新星和它的爆炸环境接洽起来，找到了难点的冲破口，研讨也趁势翻开了新思路。

　　超新星爆炸释放的光度是十分大的，如在多少周内释放的能量比太阳在100亿年间总共释放的能量还要多。因而即便在离我们很远的位置爆炸，如在宇宙年纪的1/3-1/4处，我们也能看到它们；并且多数Ia型超新星开释出来的总能量比较相似。因为Ia超新星的这种特征，地理学家把超新星当成了一种“尺度烛光”，通过这个“烛炬”在不同距离处的亮度，即可利用物理公式求出它离我们的距离。

　　“应当要相信：干什么都不会白干。”

　　这些引发了王晓锋的思考：什么起因造成了这种现象呢？

　　实在两种不同模型的超新星发出的光可能是有差别的，例如单简并系统产生的可能对应这一个100瓦的灯泡，而双简并系统相称于110瓦的灯泡；并且这两类系统的比例在不同距离处有可能不同。懂得这些差别并且进行有效把持对今后的宇宙学研究无比重要。

　　王晓锋老师当时就推测，可能是这种超新星爆炸时包抄了一层来自前身星演化造成的尘埃。超新星爆炸时产生的光子被软禁在尘埃层中，光子经由了屡次散射才从尘埃壳中出来，因而光子的频率减小，能量下降，光谱的能量分布产生了转变。这对单简并系统是可以说明的，前身星系统在演化进程中，丢失的物质会构成尘埃壳层。而双简并系统中的星体丧失的物质经过长期演变，终极消散在星际空间，因此不会存留显明的物资壳层。因此可以揣测M100中的超新星有可能来自于单简并的前身星系统。

　　“我还要持续深刻这个课题，更加完美我们的这个结论。“王晓锋老师给我留下了等待。

　　1917年，爱因斯坦利用他的引力场方程，对宇宙整体的性质进行了考核。为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在，他在场方程中引入了一个与度规张量成比例的常数项。该比例常数很小，在天河系尺度范畴可疏忽不计，只在宇宙尺度下才可能有意思，这被称作宇宙学常数。

　　2012年，美国伯克力大学以及哈佛大学天体物理中央释放了一批重要的超新星数据。王晓锋研究组及时利用了这批数据分析了上百颗超新星光谱的特征，最终发现谱线蓝移大的一类超新星起源于金属含量高且较为年青的恒星系统，与单简并的相吻合；而谱线蓝移速度较低的则起源于金属光度较低、春秋稍老的系统，与双简并系统比较像。

　　为了验证自己的主意，他和他的共事申请了哈勃空间千里镜的观测时间，对爆炸300多天当前的超新星进行了高辨别率的成像观测,财务培训，发现了一种独特的现象：超新星已经看不见了，但在原超新星位置周围有一圈英俊的光环。而这个光环最有可能就是超新星的光被周围的尘埃散射折射后延迟几百天达到观测者而形成的。这个结果进一步证实了王晓锋的推测：谱线蓝移大的超新星来自于单简并系统。

　　从30多年前开端，学界提出了各种各样的伴星模型，但始终没有一致的论断。比拟风行的有两种：单简并模型（也称吸积模型）和双简并模型（也称并合模型）。两种模型各有各的支撑者，但都各执己见，而且都无奈用可托的数据证明本人的准确性。因此在利用这些宇宙烛光进行间隔丈量时并未斟酌这些伴星的影响。

王晓锋课题组：厚积薄发，揭示“宇宙烟花”真面目

　　恒星演化有几种结局：质量比较大的恒星（如>8个太阳质量），演化末期最终直接产生中心塌缩爆发，核心形成致密的中子星或者是黑洞；而像太阳一样的品质较小的恒星演化终局是把外壳层物质抛掉后，形成白矮星。如果白矮星处于一个孤破的系统，那么跟着内部核反响的结束而无产生更多的能量供其发光发烧，全部星体将缓缓冷却；若白矮星有距离很近的伴星，则它会从伴星中汲取物质来一直增长本身的质量。当质量增添某一个极限值时，即使是致密的电子气体也无法拦阻来星体的宏大引力。星体部分塌缩导致核心温度升高，从而中央的物质被点燃并引发一个失控的热核反映，将整个星体炸掉。此类恒星爆炸被称为Ia型超新星爆发。因为其在古代宇宙学中表演了主要的角色，从而其爆发模型自身也成为学界研究的热门。

机遇眷顾有预备的人

　　普通的白矮星形成时其质量不足以引发爆炸，它须要吸积伴星物质或者是同另一颗白矮星并合的方法到达爆发的质量极限。这两种不同的情形象征着Ia型超新星前身星演化至爆发时的需要的时间、金属丰度以及爆发时的星周环境等有着很大的差异。

研通社记者陈陆淼方文

　　从预测，到最终证明，王晓锋他们整整用了近5年的时光。但是时间的沉积，打下了坚实的基本：充分的筹备以及牢靠的推测。再当有相关数据被释放时，他们能及时利用现有资源，让这些数字成为他们的观点的有利佐证。因此可以信任，这次发明偶尔中存有必定，是科学研究过程中必然阅历的过程。

　　在研究过程中，王晓锋也碰到过一些质疑声，但是他没有被影响，因为他相信自己的工作。比喻说2009年提出超新星谱分类研究中提到谱线蓝移较大的超新星其色彩看起来较红，王给出的解释是因为四周有前身星演化残留下来的星周尘埃造成的；而美国一位学者就认为结论是过错的，他认为看到的红色是超新星固有特征，在国际上对王的观点进行压抑。但是王晓锋并没有摇动，他还坚持自己，并用更多的证据和奇妙的剖析证实了自己的结论。

坚持自己，终见彩虹

　　也许你会认为超新星是一种星体，也许你会预测它是宇宙中的一类天体，而其实王晓锋老师是这样描写的：超新星是一些类型的恒星演化到晚期产生的极其高能的爆炸现象；也可以把超新星爆发设想为一个炮仗或者烟花，在宇宙空间中爆炸了，并点亮了周围的空间。他先容我国古代对超新星爆发现象有早有记录，比方《宋会要》史书中详细地记载了宋朝在1006年和1054年间发生的客星（实为新爆发的超新星）现象，如爆发时在天空上的位置，亮度以及连续的时间。

　　当文章发表时，国际上反向很大，评估很高。如美国前天文学科主席Craig Wheeler教学在文章发表两天就写来邮件说：That is a big deal！；另一位日本东京大学K. Maeda传授本来是一直是单简并系统的忠诚支持者，但看到王等论文中出现出来的美丽成果后，他认为单简并派和双简并派多年的争辩也允许以停滞了。

　　难题的呈现就是一个新思维的起源。王晓锋老师认为整个过程中最大的难点在于怎么找到一个好的方法去把他们的结论给完善地呈现出来。其实，当时他们对超新星伴星模型的判定在学界也渐渐萌芽了，但苦于一直想不到好的措施证明其公道性。王晓锋研究组在研究过程中也试了各种办法，却没有胜利。

　　但是当时只有这一个样本，一个特例，无法下结论。

编纂：襄桦

　　之前，有学者认为所有Ia超新星都来自于同一爆炸模型，而视察结果的不同是因为观察的几何效应造成的。而王晓锋研究组就通过研究超新星的爆发环境，证明爆炸差异与环境有着非常强的关联，即否认了“统一爆炸模型”的结论，并证实了自己的断定。

　　路漫漫其修远兮，吾将高低而求索。迷信之路素来没有一路顺风的，但好事多磨的却不乏。

　　回想起最初有这个课题的设法，王晓锋老师当时还在美国工作。2008年，当他发展临近星系M100中一颗特殊超新星研究时发现它和正常的Ia型超新星性质不同。重要表示该超新星的谱线与畸形的超新星比拟蓝移的速度非常大。后续通过更多的数据分析揭示消光该超新星视线方向的消光与星河系的尘埃的消光性质不同，消光系数小了一半。

　　清华大学物理系王晓锋老师研究组针对Ia型超新星的光谱观测特征和它们的宿主星系的性质进行了最新的研究，对Ia型超新星的前身星模型给出了新的限度进。该项研究成果以《两类不同Ia型超新星的证据》（Evidence for Two Distinct Populations of Type Ia Supernovae）为题于2013年4月12日在美国顶尖学术期刊《科学》（Science）正式发表。

Ia型超新星，“标准烛光”

　　然而，令人觉得遗憾的是，Ia型超新星的爆发以及它们的前身星的物理机制依然是个谜题。即使近几年来观测到的Ia型超新星的数据明显增加，天文学家可以探测爆发超新星的一些观测性质上的差异，并提出可能存在的多种爆发模型，但不同的学者各执己见，未能达到公认的同一。