爆发的宇宙

大爆炸理论的一个重要概念,是我们居住在一个膨胀的宇宙中。随着空间各点之间距离的增加,遥远的星系也在忙不迭地彼此疏远——它们的距离越远,彼此分开的速度就越快。从1929年埃德温·哈勃的最初观测开始,我们已经对这种膨胀进行了多次测量。在过去的几十年中,宇宙学家用不断提高的精度,反复测量着今日宇宙的膨胀速度。事实上,这正是著名的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope, HST)的一个重要任务。

这些观测数据的出现,使宇宙膨胀速度逐渐收敛到一个合理的数值。但是,两组天文学家却决定再进一步,把目光从我们所处的宇宙角落,扩展到更深邃的领域。他们决定利用遥远的恒星爆炸(超新星,supernova)来探索过去数亿年间膨胀速度的变化。这些耀眼的超新星在逐渐消失之前,甚至能在一段时间内(一个月)超过整个星系所有恒星的亮度。这使得我们能在很远以外发现它们,并由此追溯到时间的过去。

天文望远镜所收集的光线,要么是从空间某个物体发出的(例如恒星、星系或者太阳),要么是从物体的表面反射而来的(例如月球或太阳系中的行星)。但无论哪种方式,光都需要一定时间才能从光源出发到达我们面前:月球表面反射的光需要花费大约1.3秒到达地球,而从太阳出发的光则需要8分多钟才能到达地球。也就是说,当我们抬头看月亮时,看到的其实是1.3秒前的月亮,而我们眼中的太阳则是它8分钟之前的影像。总体来说,物体离地球越远,光就需要越长的时间才能到达。因此,我们看到的对象不是它当下所具有的形态,而是它过去的样子。通过观察宇宙的深处,我们能看到星系在亿万年前的状态。1987年,我们观测到一颗恒星在大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud, LMC,离银河系最近的星系之一)发生了爆炸。然而,由于大麦哲伦星云距我们17万光年,因此实际上这颗恒星在17万年前就爆炸了,只是我们花了这么长的时间才得到这个消息。

超新星搜索者们寻找的是更遥远的猎物。他们把注意力集中在一种具有特殊性质的超新星上——它们的固有亮度是已知的。由于随着距离的增加,光源看上去的亮度会下降,因此我们可以通过测量一个已知固有亮度的物体在视野中的明亮程度,来判断它与我们之间的距离。这一方法使这些超新星成为特有的距离标尺,一些在亿万光年以外都清晰可见的标志物。对这些距离标尺的精确测量,对追溯宇宙膨胀的历史是至关重要的。