超新星的觀測結果似乎不支持暗能量

■三位物理學家重新分析了對1A超新星(supernova type 1A)的觀測結果。他們發現宇宙似乎沒有在加速膨脹的跡象。也就是說,沒有足夠的證據支持暗能量的存在。

©NASA
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撰文|陳勁豪

宇宙目前是否在膨脹是宇宙學家相當關心的問題。在1990年代,宇宙學家認為宇宙膨脹的速度應該是不變,或是越來越慢。但是Saul Perlmutter,Adam Riess與Brian Schmidt所領導的兩個團隊,利用1A超新星來測量宇宙膨脹的速度,發現宇宙膨脹的速度有增加的趨勢。這不但讓他們三位拿下了2011年的諾貝爾物理獎,同時也引起了科學家提出各種解釋為什麼宇宙會加速膨脹。目前主流的解釋是因為有暗能量的存在,所以導致宇宙持續加速膨脹。

為什麼1A超新星可以拿來測量宇宙膨脹的速度?主要是因為所有的1A超新星基本上大小,亮度都約略相當,所以在天文觀測上常常被拿來當作「標準蠟燭」來測量距離。透過測量到的亮度與光譜紅位移的程度,天文學家可以確定超新星的位置與移動的速度。

Saul Perlmutter,Adam Riess與Brian Schmidt三位物理學家在1990年代發表他們的觀測結果的時候,大概只用到七十個左右的1A超新星。在這之後,天文學家大概又找到了數百個1A超新星。因此英國牛津大學的Subir Sarkar,丹麥Niels Bohr International Academy的Jeppe Nielsen與義大利University of Turin的 Alberto Guffanti決定用更多的1A超新星來重複檢查這個結果。

他們用了740個1A超新星的觀測數據,得到的結果顯示宇宙正在加速膨脹的可能性並不特別顯著,比三個標準差更小一點。三個標準差的意義是這個結果有99.7%的可能性是真的,或是說有0.3%的機會是統計擾動所引起。因此這三位科學家認為從1A超新星的觀察結果,並不能夠支持宇宙加速膨脹或是暗能量的理論。

但是對其他物理學家而言,要根據這個結果就判定暗能量不存在似乎是言之過早。因為首先,儘管這個結果很接近但是不到三個標準差,但是對一些物理學家來說,這可以被認為是「不太明顯的證據」。另外,除了透過1A超新星進行測量之外,還有許多其他的實驗,例如宇宙背景輻射,都可以看到宇宙加速膨脹的跡象。不過毫無疑問的,這的確顯示過去由超新星來推出暗能量存在的說法沒有想像中來的牢靠。或許要等到第二組團隊用不同的統計方法再驗證一次,或是等到有更多的觀測數據後,大家才會有更一致的看法。

原始論文
Marginal evidence for cosmic acceleration from Type Ia supernovae

J. T. Nielsen, A. Guffanti & S. Sarkar
Scientific Reports 6, Article number: 35596 (2016)
doi:10.1038/srep35596

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