关注一下夜空中最亮的星

超新星是我们在天空中能看到的最亮的恒星爆发事件，一颗超新星释放的能量相当于太阳一生中释放能量的总和。天文学家根据星光中的元素吸收线把超新星分成若干类型，Ia超新星是其中最亮的一种。由白矮星和它的伴星(主序星/红巨星/白矮星)组成的双星系统演化到最后阶段，白矮星将吸取其伴星的外层物质使其质量增加。当白矮星的质量达到1.4倍太阳质量时，其内部的碳和氧就会被点燃，在数秒内先将碳氧熔合成硅，再由硅熔合成⁵⁶Ni，释放出的巨大能量会将整个白矮星炸碎。由于爆炸总是在白矮星吸积到1.4倍太阳质量附近时发生，所以Ia超新星的最大光度和绝对星等基本一样，因而可以作为测量宿主星系的距离标准烛光。1998年，物理学家索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特与亚当·里斯正是通过Ia型超新星的观测发现了宇宙在加速膨胀而共同荣获了2011年的诺贝尔物理学奖。科学家们还从观测结果推理出暗能量的存在，这不仅是天文学，更是物理学的巨大突破。Ia型超新星因其在宇宙学中的特殊地位被美国《新千年天文学和天体物理学》列为当前恒星研究的主要对象之一。

图1. Ia超新星结构示意图

       对Ia超新星爆发机制的深入研究发现，其峰值光度主要取决于爆发过程中合成的放射性⁵⁶Ni的质量，而爆发过程中⁵⁶Ni的产额要受到前身星金属丰度的影响。前身星的金属性越大，爆发时产生的⁵⁶Ni就越少，Ia超新星的最大光度就会越小。反之，前身星的金属性越小，爆发时产生的⁵⁶Ni就越多，Ia超新星的最大光度就会越大。因此，前身星的金属性将影响Ia超新星的光度和绝对星等，并进一步影响星系距离的测量。随着宇宙的演化，宇宙的平均金属性也在增加，从而导致Ia超新星的绝对星等随宇宙年龄的增加而增大。这一结果与把Ia超新星作为标准烛光相比会产生不一样的推论，深入研会丰富我们对宇宙演化的认识。

去年年底以来，我指导一个博士后开始研究宇宙化学演化对利用Ia型超新星测量星系距离的影响。我们基于不同的Ia型超新星的前身星模型，其中包括钱德拉塞卡模型和亚钱德拉塞卡模型，分别得到了Ia型超新星爆发时合成的⁵⁶Ni产额随前身星初始金属性的变化关系。又利用类星体的观测结果和宇宙中恒星形成率的演化规律，得到了宇宙平均金属性随红移（或宇宙年龄）的变化关系。另外，还考虑了Ia型超新星的延迟爆发效应，推导出前身星的金属性随红移的演化规律。利用这种演化规律对以前使用标准烛光法得到的星系距离进行修正，并在此基础上重新估计了当前宇宙的暗能量比重和宇宙年龄。研究获得的一些重要结果列于图2-5中，从中可以看出：修正后当前宇宙的暗能量比重比之前的估计增大了，这表明宇宙似乎正在更快的加速膨胀；修正后的宇宙年龄也比之前的估计增大了2至4亿年，从而揭示出一个更加古老的宇宙。

图2. Ia型超新星爆发时合成⁵⁶Ni的质量随前身星金属性的变化关系。

图3. 宇宙平均金属性随红移的变化关系。

图4. 不同修正模型下当前宇宙的暗能量比重。

图5. 不同修正模型下的宇宙年龄。

       目前，该研究结果被美国天文学杂志(Astronomical Journal)接受发表。