专栏

这两个天体物理学模拟的复合显示了Ia型超新星(紫色圆盘)在不同的微透镜放大模式(彩色场)上扩展

因为透镜星系中的各个恒星可以显着改变透镜事件的亮度,超新星的区域可以经历不同的数量科学家认为对于测量时间延迟的宇宙学家来说,这将是一个问题

在NERSC上使用详细的计算机模拟,天体物理学家表明这将对延时宇宙学产生很小的影响(图片来源:Danny Goldstein / UC Berkeley)1929年埃德温哈勃惊讶许多人 - 包括阿尔伯特爱因斯坦 - 当他表明宇宙正在扩张时另一个重磅炸弹出现在1998年,当时两队天文学家证明宇宙膨胀实际上是由于神秘的空间属性被称为暗能量而加速这一发现提供了第一个现在是宇宙统治模式的证据:“林bda-CDM,“其中说宇宙大约有70%的暗能量,25%的暗物质和5%的”正常“物质(我们曾经观察到的一切)直到2016年,Lambda-CDM与数十年的宇宙学数据达成了一致

一个研究小组利用哈勃太空望远镜对局部宇宙膨胀率进行了极其精确的测量结果令人惊讶:研究人员发现宇宙膨胀的速度比Lambda-CDM和宇宙微波背景(CMB)快一点,来自大爆炸的遗物辐射,预测所以看起来有些不对劲 - 这种差异可能是一个系统错误,还是可能是新物理

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的天体物理学家和英国朴次茅斯大学的宇宙学与万有引力研究所认为,强烈传播的Ia型超新星是回答这个问题的关键

在新的天体物理学期刊论文中,他们描述了控制“微透镜”,许多科学家认为这将成为这些新宇宙探测器面临的主要不确定因素

他们还展示了如何实时识别和研究这些罕见事件“自从CMB结果出来并证实了加速宇宙和暗物质的存在,宇宙学家一直在努力对宇宙学参数进行更好和更好的测量,缩小误差条,“伯克利实验室计算宇宙学中心(C3)的天体物理学家Peter Nugent说道,他是合着者

论文“错误栏现在非常小,以至于我们应该能够说'这个和这个一致',所以结果预示着2016年引入了宇宙学的巨大张力我们的论文提出了一条前进的道路,用于确定当前的分歧是否真实或是否是一个错误“更好的距离标记为宇宙历史带来更明亮的光线”物体在太空中的距离越远,它的时间就越长光到达地球所以我们看得越远,我们看到的时间越远几十年来,Ia型超新星一直是特殊的距离标记,因为它们非常明亮,亮度相似,无论它们坐在宇宙中的哪个位置通过观察科学家们发现这些物体发现暗能量正在推动宇宙膨胀

但去年,一支国际研究小组发现了一种更可靠的距离标记 - 第一颗强烈透镜的Ia型超新星这些事件发生在一个巨大物体的引力场 - 如一个星系 - 弯曲和重新聚焦从它后面的Ia型事件传递光这个“引力透镜”导致s upernova的光线看起来更亮,有时在多个位置,如果光线在大型物体周围传播不同的路径因为大型物体周围的不同路线比其他路线长,因此来自相同类型Ia事件的不同图像的光将在不同时间到达

跟踪强光透镜图像之间的时间延迟,天体物理学家认为他们可以非常准确地测量宇宙膨胀率“强烈透镜的超新星比常规超新星更罕见 - 他们是万分之一 虽然这种测量是在1960年代首次提出的,但它从未被发现,因为迄今为止只发现了两颗强烈透镜的超新星,这两种超新星都不适合延时测量,“加州大学伯克利分校研究生兼主要作者Danny Goldstein说

在新的天体物理学期刊论文上,在国家能源研究科学计算中心(NERSC)运行了大量计算密集的超新星光模拟后,位于伯克利实验室,戈德斯坦和纽金特的能源部科学用户设施怀疑他们'在即将到来的大型天气测量望远镜(LSST)收集的数据中,能够找到大约1000颗这些强光孤岛Ia型超新星 - 大约是此前预期的20倍

这些结果是他们在天体物理学杂志上的新论文的基础三个透镜的类星体 - 星系中心的大质量黑洞发出的宇宙信标 - 协作我和我测量的膨胀率达到38%的精度我们得到的值高于CMB测量值,但是我们需要更多的系统才能确定宇宙学的标准模型存在问题,“天文物理学家托马斯科莱特说道

朴茨茅斯大学和新的天体物理学期刊论文的合着者“用类星体进行时间延迟测量可能需要数年时间,但这项工作表明我们可以在几个月内为超新星做到这一点

一千个孤立的超新星将让我们真正确定下来宇宙学“除了识别这些事件之外,NERSC模拟还帮助他们证明强光学的Ia型超新星可以是非常精确的宇宙学探测器”当宇宙学家试图测量时间延迟时,他们经常遇到的问题是透镜中的个体恒星Galaxy可以扭曲事件不同图像的光线曲线,使其更难以匹配它们,“Goldstein说”这种效应,被称为'microlen唱歌,“让测量准确的时间延迟变得更加困难,这对宇宙学来说是必不可少的”但是在运行模拟之后,Goldstein和Nugent发现微透镜在早期阶段没有改变强光透镜的Ia型超新星的颜色所以研究人员可以减去不需要的时间

通过使用颜色而不是光线曲线进行微透镜效应一旦减去这些不良效果,科学家将能够轻松匹配光线曲线并进行精确的宇宙学测量

他们通过使用SEDONA代码建模超新星来得出这一结论

两个DOE科学发现通过先进计算(SciDAC)研究所资助计算非球面超新星模型的光线曲线,光谱和极化“在21世纪初DOE资助了两个SciDAC项目研究超新星爆炸,我们基本上取得了这些模型的输出和通过透镜系统传递它们,以证明效果是消色差“这些模拟给了我们一幅超新星内部运作的令人眼花缭乱的画面,其细节水平我们原本无法知道,”伯克利实验室核科学部的天体物理学家Daniel Kasen说道

- 论文的作者“高性能计算的进步最终使我们能够理解恒星的爆炸性死亡,而这项研究表明需要这些模型来找出测量暗能量的新方法”在LSST时将超新星狩猎带到极致在2023年开始全面的调查行动,它将能够在智利中北部的CerroPachón山脊上仅在三个晚上扫描整个天空

在其10年的任务中,LSST预计将提供超过200PB的数据作为LSST黑暗能源科学合作的一部分,Nugent和Goldstein希望他们可以通过基于NERSC的新型超新星检测管道运行部分数据十多年来,Nugent的Real-T在NERSC运行的ime瞬态检测管道一直在使用机器学习算法来搜索由Palomar瞬态因子(PTF)和中间Palomar瞬态工厂(iPTF)收集的观测结果 - 每晚搜索亮度或位置发生变化的“瞬态”物体通过将新观测结果与前几晚收集的所有数据进行比较,在发现有趣事件后的几分钟内,NERSC的机器随后触发全球望远镜收集后续观测结果 事实上,正是这条管道在今年早些时候揭示了有史以来首次强烈透镜的Ia型超新星“我们希望为LSST做的事情与我们为Palomar所做的相似,但是时间为100,”纽金特说,“这将是每天晚上从LSST获取大量信息我们想要获取这些数据并询问我们对这部分天空的了解,之前发生了什么,这是我们对宇宙学感兴趣的东西吗

“他补充说,一旦研究人员确定强光环超新星事件的第一道光,计算模型也可用于精确预测下一个光线何时出现天文学家可以利用这些信息触发地面和太空望远镜跟进并捕获这种光,基本上允许它们在它离开后几秒钟观察超新星“21年前我来到伯克利实验室研究超新星辐射传输模型,现在我们第一次使用这些理论模型来证明我们可以更好地完成宇宙学,“纽金特说”看到DOE从几十年前开始制作的计算宇宙学投资中获益,令人兴奋“出版物:Daniel A Goldstein等人,”强引力透镜类型的精确时间延迟“ Ia Supernovae with Chromatically Microlensed Images,“ApJ,2018; doi:103847 / 1538-4357 / aaa975资料来源:劳伦斯伯克利国家实验室Linda Vu