在過去的四分之一個(gè)世紀(jì)里，ΛCDM 模型一直是描述宇宙演化的標(biāo)準(zhǔn)框架。該模型的核心成功之一，是基于 Ia 型超新星觀測(cè)得出的驚人結(jié)論：宇宙的膨脹正在加速，這一加速歸因于神秘的暗能量。然而，宇宙學(xué)在近年來遭遇了數(shù)個(gè)“沖突”，即不同觀測(cè)手段得出的宇宙學(xué)參數(shù)存在系統(tǒng)性不一致。

由 Junhyuk Son 及其合作者發(fā)表的論文《Strong progenitor age bias in supernova cosmology – II. Alignment with DESI BAO and signs of a non-accelerating universe》，直接攻擊了加速膨脹證據(jù)的基石——Ia型超新星作為標(biāo)準(zhǔn)燭光的可靠性。該研究的核心論點(diǎn)是：Ia型超新星的亮度校準(zhǔn)過程存在一個(gè)被忽略的、與前身星年齡相關(guān)的強(qiáng)烈系統(tǒng)性偏差，一旦校正，不僅消除了與最新的DESI BAO（重子聲學(xué)振蕩）結(jié)果的沖突，更將ΛCDM 模型的沖突推向了極高的置信度，暗示宇宙可能早已進(jìn)入減速膨脹階段。

一、Ia型超新星：前身星年齡偏差

Ia 型超新星之所以能作為宇宙的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，是因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是由白矮星在達(dá)到某個(gè)臨界質(zhì)量（錢德拉塞卡極限）時(shí)爆炸產(chǎn)生的，因此爆炸時(shí)的內(nèi)在亮度被假定為基本一致。通過觀測(cè)其表觀亮度，天文學(xué)家可以計(jì)算出它們與地球的距離，進(jìn)而描繪出宇宙的膨脹歷史。然而，這項(xiàng)新研究指出，這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”假設(shè)被超新星前身星的年齡嚴(yán)重破壞。

1. 強(qiáng)烈的5σ相關(guān)性

論文利用對(duì)超新星宿主星系（即超新星爆發(fā)的星系）的直接、廣泛的年齡測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化后的超新星星等與前身星年齡之間存在高達(dá)5.5σ的顯著相關(guān)性。具體表現(xiàn)為：

• 來自較年輕恒星群的超新星在亮度校準(zhǔn)后顯得系統(tǒng)性地更暗。
• 來自較年老恒星群的超新星則顯得系統(tǒng)性地更亮。

這種亮度差異（大約0.16星等）隨紅移（距離）的變化積累，會(huì)在宇宙學(xué)尺度上產(chǎn)生嚴(yán)重的系統(tǒng)性偏差，扭曲了我們對(duì)距離的測(cè)量，并錯(cuò)誤地將遙遠(yuǎn)的超新星解讀為比實(shí)際更暗（或更遠(yuǎn)），從而夸大了宇宙的加速效應(yīng)。

2. 質(zhì)量-步長(zhǎng)校正的失敗

在超新星宇宙學(xué)中，天文學(xué)家們通常會(huì)使用一個(gè)被稱為質(zhì)量-步長(zhǎng)校正（mass-step correction）的方法，來部分校正宿主星系質(zhì)量對(duì)超新星亮度的影響。該論文明確指出，這種傳統(tǒng)的質(zhì)量校正機(jī)制是不足夠的。

原因是前身星年齡和宿主星系質(zhì)量是兩個(gè)獨(dú)立演化的物理量。質(zhì)量-步長(zhǎng)校正可能捕捉到了與質(zhì)量相關(guān)的效應(yīng)，但卻無法有效消除與年齡相關(guān)的偏差。由于在宇宙學(xué)時(shí)間尺度上，超新星的平均前身星年齡隨紅移顯著變化（即高紅移處的超新星通常更年輕），這種未校正的年齡偏差會(huì)隨著距離的增加而系統(tǒng)性地增加，使加速膨脹的測(cè)量結(jié)果成為一個(gè)天文物理學(xué)假象，而非純粹的宇宙學(xué)信號(hào)。

二、宇宙學(xué)探針的統(tǒng)一：與DESI BAO的對(duì)齊

該論文的第二階段工作，是解決這種年齡偏差并觀察其對(duì)宇宙學(xué)參數(shù)的影響。

1. 修正后的超新星數(shù)據(jù)

研究人員設(shè)計(jì)并實(shí)施了一種新的校正方法，專門針對(duì)前身星年齡偏差隨紅移的系統(tǒng)性變化進(jìn)行修正。一旦將這種年齡偏差效應(yīng)從Ia型超新星數(shù)據(jù)中移除，超新星數(shù)據(jù)集對(duì)宇宙學(xué)參數(shù)的約束發(fā)生了顯著變化。

最引人注目的結(jié)果是，修正后的超新星數(shù)據(jù)不再與ΛCDM 模型所推崇的宇宙學(xué)常數(shù)（即暗能量強(qiáng)度恒定）保持一致，而是傾向于一個(gè)時(shí)變暗能量模型。

2. 與DESI BAO的協(xié)同

DESI（暗能量光譜儀）的最新BAO數(shù)據(jù)，獨(dú)立于超新星測(cè)量，其結(jié)果與 CMB 觀測(cè)結(jié)合后，傾向于一個(gè)ω0ωaCDM 模型，該模型允許暗能量狀態(tài)方程ω隨時(shí)間（紅移）變化。雖然DESI團(tuán)隊(duì)在綜合分析中仍然得出了宇宙正在加速的結(jié)論，但其 BAO+CMB 獨(dú)立分析的結(jié)果則顯示出向非ΛCDM 模型的傾向。

Son等人的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過年齡校正的超新星數(shù)據(jù)，與這個(gè) BAO+CMB 獨(dú)立分析所傾向的ω0ωaCDM時(shí)變暗能量模型達(dá)到了更高的吻合度。這表明，當(dāng)兩種主要的宇宙學(xué)探針（Ia型超新星和 BAO/CMB）都從其各自的系統(tǒng)性誤差中解放出來時(shí)，它們指向了同一個(gè)結(jié)論：暗能量并非恒定，而是隨時(shí)間減弱。

三、終極挑戰(zhàn)：非加速宇宙與9σ矛盾

該論文最重要的結(jié)論，發(fā)生在三種宇宙學(xué)探針——校正后的SNe、BAO 和 CMB——被聯(lián)合分析時(shí)。

在傳統(tǒng)的ΛCDM框架下，當(dāng)這些校正后的數(shù)據(jù)被共同使用時(shí)，它們與ΛCDM模型之間的沖突暴增至9σ以上。在科學(xué)上，5σ通常被認(rèn)為是“發(fā)現(xiàn)”的門檻；超過9σ的不一致性，意味著ΛCDM 模型在當(dāng)前數(shù)據(jù)面前被壓倒性地排除。

這一結(jié)果的物理含義極為深遠(yuǎn)：

1. 暗能量的演化：強(qiáng)烈的沖突要求暗能量的狀態(tài)方程ω（定義為壓力與密度的比值）必須顯著地隨時(shí)間演化，而不是像ΛCDM 模型中那樣恒定地等于ω=-1。
2. 宇宙減速膨脹：基于這種時(shí)變暗能量模型，論文指出，經(jīng)過年齡校正的Ia型超新星數(shù)據(jù)與 BAO/CMB 結(jié)果一致地表明，宇宙的膨脹已經(jīng)停止了加速，并進(jìn)入了減速膨脹階段。這徹底推翻了“宇宙正在加速”這一二十世紀(jì)末最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

結(jié)論與展望

這篇論文通過揭示并修正 Ia 型超新星距離測(cè)量中的前身星年齡偏差，引發(fā)了宇宙學(xué)領(lǐng)域的潛在地震。它將宇宙學(xué)的沖突從對(duì)哈勃常數(shù)H0的爭(zhēng)議，轉(zhuǎn)移到了對(duì)宇宙學(xué)常數(shù)Λ及其背后的暗能量本質(zhì)的根本性質(zhì)的質(zhì)疑。

如果這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)得到進(jìn)一步驗(yàn)證，它不僅會(huì)使ΛCDM模型黯然失色，還迫使天文學(xué)家和理論物理學(xué)家重新設(shè)計(jì)暗能量的物理學(xué)模型，探索更復(fù)雜的時(shí)變暗能量形式，甚至重新評(píng)估廣義相對(duì)論在宇宙尺度上的有效性。

這項(xiàng)研究開啟了一個(gè)充滿挑戰(zhàn)但也充滿機(jī)遇的新時(shí)代，要求我們以更細(xì)致入微的視角去理解超新星的形成與死亡，才能真正解鎖它們所攜帶的宇宙奧秘。