宇宙是否仍在加速膨胀?目前还没有最终答案。
Yonsei大学团队认为,天文学家长期用来测量宇宙距离的Ia型超新星,可能存在此前没有充分处理的“年龄偏差”:超新星前身星所属的恒星族群年龄,会影响爆炸后的标准化亮度。如果这一效应随宇宙历史发生系统性变化,那么超新星数据可能会把宇宙的膨胀看得比实际更快。
Southampton大学团队则认为,这一影响被高估了。该团队包括诺贝尔奖得主Adam Riess和Brian Schmidt,主张在正确处理宿主星系年龄、质量等因素后,宇宙加速膨胀的证据依然成立。
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Yonsei团队在2025年提出了什么
Ia型超新星常被称为宇宙学中的“标准烛光”。简单来说,天文学家假定这类爆炸具有相对一致的本征亮度,再将其实际观测亮度与预期亮度比较,从而估算宇宙距离,并重建膨胀历史。
问题在于,它们并不一定完全一致。如果超新星亮度会受到前身星年龄或宿主星系恒星族群年龄的影响,那么这种影响可能被误认为是距离变化,进而影响对宇宙膨胀速度的判断。
Yonsei团队在2025年11月发表的研究认为,即使经过通常的标准化处理,Ia型超新星的亮度仍与宿主星系中恒星的年龄存在显著联系。由于不同红移下的星系平均年龄不同,这种关系可能给超新星测距带来随红移变化的系统偏差。
在进行相应校正后,Yonsei团队表示,数据不再提供令人信服的当今宇宙加速膨胀证据,并提出宇宙可能已经进入减速膨胀阶段。
如果这一结论得到独立验证,影响将十分重大。当前主流的ΛCDM模型认为,宇宙由普通物质、暗物质和暗能量等成分构成;其中,最简单形式的暗能量就是宇宙学常数Λ,它被用来解释晚期宇宙的加速膨胀。
如果宇宙近期确实从加速转为减速,就意味着暗能量可能会随时间演化或减弱,或者我们需要重新审视超新星测距方法乃至引力理论本身。
Southampton团队的反驳
2026年6月,Southampton团队重新分析了相关数据,并认为Yonsei研究存在两个关键问题。
宿主星系年龄不等于超新星前身星年龄
Yonsei使用宿主星系恒星族群的年龄,作为超新星前身星年龄的指标。Southampton团队指出,这两者并不是同一个量:一个星系通常包含不同年龄的恒星,因此星系的平均年龄并不能直接代表最终发生爆炸的那颗白矮星系统的年龄。
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按照这一观点,随着红移变化而改变的星系平均年龄,并不必然意味着超新星前身星年龄也以相同幅度变化。若前身星年龄的演化较弱,那么年龄偏差对宇宙学距离的影响也会小得多。
缺少宿主星系质量校正
Southampton团队还认为,Yonsei分析没有纳入现代超新星研究中常用的宿主星系质量校正,也就是所谓的“质量阶跃”(mass step)。
这种校正源于一个经验事实:超新星标准化后的亮度,会与宿主星系的一些环境属性相关,而这些属性又往往与星系质量和恒星年龄联系在一起。Southampton团队将该校正应用于同一批数据后,发现宿主星系年龄与哈勃残差之间的关系明显减弱。
“哈勃残差”指超新星实际测得的亮度与标准化后预期亮度之间的差异,可用来判断超新星是否存在额外的系统性明暗变化。Southampton团队据此认为,剩余的年龄效应不足以消除宇宙加速膨胀的证据。
Yonsei如何回应
Yonsei团队并未接受这一反驳,并在后续分析中指出,Southampton团队可能在统计处理上压低了年龄—亮度关系的斜率。
Yonsei特别关注Southampton分析所使用的红移范围:约为z = 0.04至z = 0.42。在这个范围内,宿主星系的平均年龄大约变化了30亿年。Yonsei认为,如果把年龄差异如此明显的超新星直接合并后再进行回归分析,可能会人为地把年龄与亮度之间的关系“拉平”。
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这意味着,Southampton团队得到的较弱相关性,未必完全反映真实的物理关系,也可能部分来自样本混合和统计处理方式。
Yonsei还提出了一个更深层的数学问题:年龄—亮度关系的斜率,与超新星前身星年龄随红移的变化,并不是两个完全独立的量。
换言之,即便前身星年龄随红移的演化幅度小于宿主星系平均年龄的演化幅度,只要年龄—亮度关系的斜率更陡,最终需要施加的总年龄校正仍可能相当可观。Yonsei因此认为,Southampton分析过于独立地处理了这两个相互关联的因素。
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Yonsei也质疑Southampton对星系质量和尘埃消光的处理方式,认为相关模型可能在分析过程中压低了年龄信号。
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这场争论真正争的是什么
这并不只是“宇宙加速”与“宇宙减速”的二选一。更核心的问题是:Ia型超新星数据是否已经充分排除了恒星族群、宿主星系环境和选择效应带来的系统偏差。
Southampton团队的立场是:
- 宿主星系的平均年龄不能直接当作具体超新星前身星的年龄;
- 宿主星系质量校正已经吸收了相当一部分表面上的年龄依赖;
- 剩余年龄效应太小,不足以推翻宇宙加速膨胀的标准解释。
Yonsei团队则认为:
- 宿主星系年龄虽然只是替代指标,但与恒星族群属性存在合理联系;
- 在过大的红移范围内合并样本,会低估年龄—亮度关系的斜率;
- 即使前身星年龄演化小于星系平均年龄演化,年龄偏差仍可能带来重要的宇宙学修正。
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因此,在更大、更均一、并且由独立团队分析的数据出现之前,双方都还没有将这场争论变成对主流宇宙学的最终推翻。
DESI数据说明了什么
暗能量光谱仪(DESI)为这场争论提供了重要背景,但不能单独解决超新星年龄偏差问题。
DESI通过测量重子声学振荡(BAO)来追踪宇宙距离—红移关系。BAO可以理解为早期宇宙物质分布留下的“标准尺”,其测量方法不同于Ia型超新星,因此能够提供另一类宇宙膨胀证据。
一些将DESI数据与宇宙微波背景(CMB)及超新星数据结合的分析显示,随时间变化的暗能量模型可能比最简单的ΛCDM模型更符合数据。在DESI BAO与CMB的一种组合中,对动态暗能量模型的偏好达到3.1 sigma;加入不同超新星样本后,统计显著性会随样本而变化。
但这并不等于已经独立证明宇宙目前正在减速。BAO主要约束宇宙距离和膨胀历史,而将这种历史解释为“暗能量正在演化”,仍取决于所采用的模型以及与哪些数据组合。较新的分析仍将这一偏好描述为温和或不具决定性,有些研究也没有发现动态暗能量相对于ΛCDM具有统计显著优势。
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未来如何检验双方观点
一个较为直接的检验方法,是比较不同红移下、但拥有尽可能相似恒星年龄的宿主星系中的Ia型超新星。
如果这些超新星仍显示出系统性的亮度差异,就更可能说明存在真实的前身星年龄效应;如果差异消失,则可能表明此前的结果主要来自宿主星系群体属性的变化。
未来还需要:
- 更大、选择方式更统一的Ia型超新星样本;
- 对宿主星系进行更精确的光谱观测;
- 更好地区分整个星系恒星族群年龄与具体超新星前身星年龄;
- 独立检验星系质量、尘埃和局部环境的影响;
- 来自Vera C. Rubin天文台和Nancy Grace Roman太空望远镜的新观测。
这些项目有望将真实的超新星亮度演化,与红移选择、星系质量、尘埃以及恒星族群差异区分开来。
目前能下什么结论
截至目前,最稳妥的判断仍是:宇宙加速膨胀依然是主流解释,但Ia型超新星中年龄和环境系统偏差的大小,仍是一个活跃的研究问题。
Southampton团队认为Yonsei的年龄校正过大,并且没有正确处理宿主星系年龄与前身星年龄之间的关系;Yonsei则反驳称,Southampton的宽红移范围分析压低了年龄—亮度斜率,也忽略了前身星年龄演化与该斜率之间的数学关联。
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与此同时,DESI等观测确实让“暗能量可能随时间变化”的设想受到更多关注。但这距离证明宇宙已经从加速膨胀转入减速膨胀,仍有明显差距。最终答案需要更精确的超新星测量,以及不依赖同一套系统误差的独立宇宙学检验。