當重力透鏡遇上超新星

iPTF16geu 超新星宿主星系及重力透鏡星系的影像
由超新星準確量測哈勃常數(Hubble constant),並與宇宙誕生時的微波背景輻射的結果相比較,讓天文學家得以一窺暗能量的本質、微中子的質量,以及宇宙的曲度。目前所量測到的哈勃常數,與宇宙微波背景輻射的結果並不吻合。一方面,量測宇宙背景輻射的普朗克(Planck)衛星可能存在系統性誤差。另一方面,天文學家所採用的宇宙模型或許並不精確。如果是後者,那麼精準量測哈勃常數將可以讓我們修正宇宙模型,並進一步探究暗能量的狀態方程式、宇宙的曲度,以及微中子的質量。

除了超新星外,另一個量測哈勃常數的方式,是透過重力透鏡所造成的時間延遲。當遙遠的星體受到前景星系或星系團的重力透鏡作用而形成多重影像時,每個影像上的光子所經過的時空路徑並不相同,因此到達觀測者(地球上的我們)眼中時,會有時間差。這個時間差只跟空間曲度有關,因此我們能由此測得哈勃常數。

舒爾 · 雷夫斯達爾(Sjur Refsdal)在1964年首先提出使用超新星來量測時間差。可惜當時尚未有大規模的巡天計畫,所發現的超新星甚少,因此天文學家轉而使用類星體來量測重力透鏡時間延遲。但重力透鏡時間延遲包含了透鏡星系的質量分佈以及哈勃常數兩個相關變量,因此無法單獨準確量測哈勃常數。第一個多重影像的超新星直到去年才由哈勃太空望遠鏡發現,並命名為雷夫斯達爾超新星,以紀念雷夫斯達爾的貢獻。可惜此超新星為II型超新星,我們對於其距離及爆炸時的最大光度未能有精準的測量,因此無法測量哈勃常數。

令人驚喜的是,在過去幾天內,天文學家首次觀測到多重影像的Ia型超新星!這是由加州理工學院所主導的帕洛瑪瞬變天體巡天計畫(Palomar Transient Factory,簡稱 PTF)所發現的 iPTF16geu(見上圖)。與類星體以及II型超新星的不同點在於,我們能準確的計算出Ia型超新星的最大光度,並因此得出重力透鏡的放大率,可打破透鏡星系質量分佈及哈勃常數的相依性,讓天文學家得以單獨且準確的量測哈勃常數!

目前iPTF16geu的後續光度觀測仍持續進行中,相信在不久的將來,我們便能透過其時間延遲量測哈勃常數!

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁】

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