我们的宇宙膨胀率，即著名的哈勃常数（Hubble constant），仍然是现代物理学中最重要的争议之一，其产生的差异挑战了标准宇宙学模型。由慕尼黑工业大学 (TUM)、慕尼黑大学 (LMU)以及马克斯·普朗克研究所（MPA 和 MPE）组成的一个研究团队发现了一种罕见的天文现象，可能最终解决这一冲突。2025年8月，天文学家发现了 SN 2025wny，绰号为 SN Winny。这是一颗超亮超新星（supernova），其光线被引力透镜分成了五个不同的图像。这种独特的排列提供了一个独立的、一步式的工具，以前所未有的精度测量宇宙距离并计算膨胀率。
什么是哈勃张力？
哈勃张力（Hubble tension）是指用于计算宇宙膨胀率的两种主要方法之间存在的显著分歧。一种方法通过宇宙距离阶梯测量“局部”宇宙，而另一种方法则分析来自早期宇宙的宇宙微波背景（CMB）。尽管这两种方法都具有极高的精度，但结果却并不匹配，这表明我们对物理学或暗能量（dark energy）的基本理解可能并不完整。解决这一张力至关重要，因为哈勃常数决定了宇宙的年龄、大小和最终命运。
传统的测量往往依赖于复杂的校准步骤。局部测量法使用“标准烛光”（如特定类型的恒星或超新星）来估算距离。然而，由于宇宙距离阶梯中的每一步都依赖于前一步的准确性，微小的系统误差可能会累积。相反，CMB 方法依赖于宇宙在数十亿年间如何演化的模型。如果这些模型关于暗能量或物质行为的描述存在哪怕细微的偏差，计算出的膨胀率就会出现偏差。SN Winny 提供了一种通过直接几何测量来规避这些问题的方法。
引力透镜是如何产生超新星的多重图像的？
当巨大的前景星系或星系团弯曲并放大超新星的光线，使其沿着不同的路径传播时，引力透镜就会产生超新星的多重图像。根据爱因斯坦的广义相对论，引力会扭曲时空结构；当来自 SN Winny 的光线向地球传播 100 亿光年时，它遇到了两个前景星系。这种宏大的排列充当了天然的宇宙放大镜，将光线分成了五条长度各异的路径，导致夜空中出现了同一颗爆炸恒星的五个蓝色影像。
这一特定透镜系统的几何结构非常清晰，这与以往的发现有所不同。“到目前为止，大多数被透镜化的超新星都是被巨大的星系团放大的，这些星系团的质量分布复杂且难以建模，”TUM 的研究员 Allan Schweinfurth 解释道。由于 SN Winny 仅由两个具有平滑质量分布的独立星系进行透镜化，团队可以对该系统进行高精度建模。这种简洁性减少了光线弯曲程度的不确定性，为光线抵达亚利桑那州大双筒望远镜（Large Binocular Telescope）的旅程提供了更清晰的“地图”。
为什么 SN 2025wny (SN Winny) 的发现如此罕见？
SN 2025wny 极其罕见，因为它是一颗在 z = 2 的高红移处与引力透镜完美对齐的超亮超新星。一颗超新星如此精确地位于前景透镜之后，以至于产生五个独立图像的数学概率低于百万分之一。这一发现是 SN Winny Research Group 进行为期六年的针对性搜寻的结果，他们在 2025 年 8 月该事件最终匹配之前，就已经编译了一份有前景的引力透镜清单。
这种稀有性还因恒星本身的性质而进一步增加。SN Winny 是一颗超亮超新星，这意味着它比典型的恒星爆炸要亮得多。这种极高的亮度使得位于格雷厄姆山的大双筒望远镜能够捕捉到该系统的高分辨率彩色图像，尽管它距离我们 100 亿光年。TUM 观测宇宙学副教授、马克斯·普朗克天体物理研究所研究员 Sherry Suyu 指出，这一事件是观测宇宙学（observational cosmology）的一个重要里程碑，因为此前仅尝试过少数此类透镜测量。
透镜超新星的时间延迟如何测量宇宙膨胀率？
透镜超新星的时间延迟可以测量宇宙的膨胀率，因为五个图像中的每一个都经过了不同长度的路径到达地球。虽然这颗超新星是一个单一事件，但这些图像并不是同时出现的；相反，它们在不同的时间点“闪烁”开启。通过测量这些图像出现之间的特定时间延迟，并将该数据与已知透镜星系的质量相结合，天文学家可以直接计算哈勃常数，而无需多步宇宙距离阶梯。
这种“一步法”得到了 Stefan Taubenberger 的支持，他是发表在《Astronomy & Astrophysics》上的鉴定研究的第一作者。由于该方法依赖于与以往技术不同的物理学原理且假设更少，因此它成为解决哈勃张力的关键判决依据。Leon Ecker 和 Allan Schweinfurth 建立了该透镜的第一个质量分布模型，确认这些星系尚未发生碰撞，从而保持了光路径的规律性。正是这种规律性，使得计算星系间空间拉伸的速度能够达到极高的精度。
大双筒望远镜的观测有何意义？
位于亚利桑那州的大双筒望远镜 (LBT) 在这一发现中发挥了核心作用，它提供了 SN Winny 系统首批高分辨率彩色图像。通过使用两个直径 8.4 米的反射镜和先进的自适应光学系统（adaptive optics system），该望远镜纠正了大气模糊，揭示了两个色调温暖的前景星系和五个蓝色的超新星影像。这些观测对于确定图像的精确位置至关重要，这些位置被用于计算透镜的引力势。
- 设备：大双筒望远镜，亚利桑那州格雷厄姆山。
- 技术：配备自适应光学的双 8.4 米反射镜。
- 发现：在红移 z = 2 处发现单个超新星的五个清晰图像。
- 机构：涉及 MPE、LMU 和 TUM 研究人员的合作。
对宇宙学未来的影响
来自 SN Winny 的数据可能证实对标准宇宙学模型（Standard Model of Cosmology）的偏离。如果从这颗透镜超新星计算出的膨胀率与局部测量结果一致，而不是与早期宇宙数据一致，这可能表明暗能量会随着时间的推移而演变，或者需要新的物理学来解释宇宙的增长。这将迫使科学家们对主宰我们宇宙的物质和能量的“宇宙配方”产生巨大的认识转变。
此外，HOLISMOKES 研究项目（针对超新星、微透镜天体以及椭圆和螺旋星系动力学的高度优化透镜研究）的成功为未来的天文台奠定了基础。薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）和詹姆斯·韦布空间望远镜 (JWST) 预计将在未来十年内发现数百颗透镜超新星。SN Winny 将作为如何对这些未来发现进行建模和分析以解开哈勃常数之谜的金标准。
SN Winny 和宇宙学研究的下一步是什么？
全球天文学家目前正利用地面和空间设备对 SN Winny 进行后续观测。眼下的目标是在超新星消退时完善时间延迟测量，确保哈勃常数计算达到最高精度。这些结果在 ORIGINS 卓越集群（Excellence Cluster ORIGINS）和马克斯·普朗克学会的支持下，可能会在未来几年成为宇宙学争论的基石。
在科学界等待最终确定的膨胀数据之际，SN Winny 的发现证明了“宇宙烟花”不仅仅是一场视觉盛宴；它们是精确的数学工具。通过将 100 亿光年的旅程变成一把几何标尺，研究人员比以往任何时候都更接近于理解我们膨胀宇宙的基本速度限制。从六年的搜寻到突破性的测量，这一转变突显了观测宇宙学中国际合作的力量。
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