宇宙之谜藏在这10个地方 （二）

石无鱼

3、超新星SN 2017CBV

它是什么？

死亡恒星的爆炸

它在哪里？

距离我们550万光年的NGC 5643星系

涉及的谜团

宇宙会有什么样的结局？

当天文学家的目光穿越浩瀚的宇宙，看到一颗星星死掉了，他会例行公事把它从恒星名单中除去。因为这类事情并不稀罕，在宇宙中每天都发生数百万次。但慢慢地，他们才意识到有些事情并不那么简单。

2017年3月，在例行的夜空巡视中，美国亚利桑那大学的大卫·桑德发现了一个异常现象。乍一看，它只是另一种类型的Ia超新星——白矮星过度膨胀之后，接近尾声的一次爆发。

白矮星是一种非常致密的天体，是恒星燃烧殆尽后剩下的残骸，主要由碳构成。作为恒星的残骸，白矮星内部的物质已经不再进行核聚变。但它通常有个质量极限，超过这个极限，在更强的引力作用下，聚变又会重新点燃，将其内部的碳聚变成更重的元素。

白矮星通常是双星系统，成对出现，一颗从另一颗上吸食物质。如果吃得太多，那颗“吸血星”就会超过其质量极限，于是相当于一颗失控的热核炸弹，在几秒钟内骤然变得非常耀眼，这就是Ia型超新星爆发。

正因为超过质量极限才会爆发，而质量极限又是固定的，所以天文学家可以预测出Ia型超新星爆发产生的辐射能量，然后跟它看起来的亮度作对比，就能计算出它和我们的实际距离。这样，Ia型超新星在茫茫宇宙中就充当了一座座“里程碑”，一把把“量天尺”。

那天夜晚，桑德观察到的SN 2017CBV正是一颗Ia型超新星。但蹊跷的是，随后对它的广泛观测发现，那颗爆炸的白矮星，它的同伴不是另一颗白矮星，而是一颗更大的恒星！当同伴是一颗白矮星时，超新星爆发所发出的光全部来自爆炸的白矮星（另一颗没爆发的白矮星不发光），而其亮度是一个固定值，我们根据地球上測到的亮度，就可以知道它离我们有多远了。但如果同伴是一颗恒星，那么因为距离遥远，爆炸的白矮星（即超新星）的光与恒星的光根本区别不开，我们就无从知道超新星的真实亮度了。这样，它也就无法充当“量天尺”了。

这一点非常重要。因为我们之所以能把Ia型超新星当作“量天尺”来用，是因为以前都认为Ia型超新星爆炸只有一种爆炸形式。现在突然又出现另一种迄今未知的爆发机制，两种不同的Ia型超新星混在一起，又不容易辨别，那么这些“量天尺”的准确性就大打折扣了。

“量天尺”不可靠所带来的严重后果是你想象不到的——这撼动了宇宙学的核心！因为这涉及到暗能量是否真实存在的问题。

1998年，天文学家发现了一组遥远的Ia型超新星，它们比预期的要暗淡，结论是它们比预计的还要遥远。天文学家将这一结果归因于宇宙在加速膨胀。他们将导致宇宙膨胀加速的未知东西，称作“暗能量”。

迄今没有人知道“暗能量”到底是什么，总的来说，它与引力的性质截然相反。引力把物质聚在一起，暗能量却把它们拉扯开。这意味着，暗能量和引力的较量，决定了宇宙的大小、寿命和最终的结局。如果暗能量足够强大，胜过引力，将导致“大撕裂”的结局。但如果引力取胜，那又会导致 “大崩塌”的结局。

可是，“暗能量”这个假设，本身是建立在对Ia型超新星信任的基础上的，相信它们可以精确地充当宇宙“量天尺”。要是这个信任基础不存在了，那大家谈了这么多年“暗能量”，都只能算谈鬼了。因发现存在“暗能量”而颁发的诺贝尔奖，也该收缴回去。宇宙中根本不存在任何可与引力相抗衡的力量，所以除了“大崩塌”，也不会有其他结局……这就怪不得像SN 2017CBV这类反常的超新星，要让人皱眉了。

4、BOSS星系长墙

它是什么？

大尺度结构

它在哪里？

它蜿蜒在大范围的天区，距离我们平均68亿光年

涉及的谜团

我们处在宇宙中一个

特殊的地方吗？

整个宇宙学都是建立在我们没有任何特殊之处的观念基础上的：就所处的位置来说，太阳系不过是宇宙中一个很普通的恒星系统，地球也不过是一颗普通的行星，造物主并没有把人类安置在宇宙中一个特别的位置。

这个观点可以追溯到哥白尼那个伟大的发现：并不是太阳绕着我们转，而是我们在绕着太阳转。这样一下子，我们就从造物的中心位置上掉了下来。

从那时起，人们越来越清楚了，地球、太阳都不过是宇宙中普通的一分子。哥白尼的发现也已变成了“哥白尼原理”：一般而言，宇宙中没有任何地方是特殊的，一切看起来都一样。我们当前建立在广义相对论基础上的宇宙模型也深深依赖这个假设。

哥白尼原理的核心是尺度的概念。不妨把宇宙想象成一群人。近距离看，你可以看到每个人的都拥有不同的个性、癖好，但把镜头拉远，个性特征模糊了，你所看到的只是一群没有差别的人。

还可以再做一个比喻。在房间地面随机撒了一碗豌豆。我们知道，每一粒豆都由分子组成，分子又是由原子，原子又由原子核和电子组成……从小于豌豆的尺度看，存在着一层层的等级结构。但到了豌豆这一尺度，等级消失了，并没有出现比豌豆更大的结构（当然，如果把豌豆盛在碗里，然后一口口碗放置在地上，那么与“一粒豌豆”相比，“一碗豌豆”又是更大的结构）。我们看到的是，豌豆均匀分布在地面上。所以从豌豆这个尺度，可以认为物质是均匀分布的。

同样道理，在较小的尺度上，宇宙看起来非常独特，由恒星、星系和星系团组成，但到了一定的尺度（一般是大约10亿光年），这些差异消失了。物质在整个宇宙看起来是均匀分布的。

但近年来，对这一观点的各种挑战不断出现。也许最大的挑战是发现于2016年的BOSS星系长墙。该“墙”是由成千上万个星系组成的，绵延长达10亿光年的一个巨型丝状结构。

包括我们银河系在内的室女座超星系团，似乎也隶属于一个叫“拉尼亚凯亚超星系团”的更大型结构。这个大型超星系团是在2014年完成划界的，它在天空中横跨5亿光年。同一年，我们还在天空中发现了一个巨型空洞，直径达20亿光年。

总而言之，我们可能占据了宇宙中一个相当不寻常的位置，处在一个巨大的超星系团和另一个巨大的宇宙空洞之间。这样的场景“配置”，在宇宙中可能是比较罕见的。

关于宇宙物质是否分布均匀这一问题，目前也还没有定论。如果今后不断有比BOSS星系墙更大的结构出现，那么均匀性假说就岌岌可危了。

而且巨型结构的存在，可能迫使我们放弃把时空设想成均匀的，这一来，对宇宙当前年龄的估计也要改变。目前对宇宙膨胀速率的测量，存在两种相互竞争的方法。一种是根据宇宙微波背景辐射计算的，因为这种辐射原先是高能光子，波长很短，后来随着宇宙膨胀被拉长了，所以它的拉长跟宇宙膨胀速率有关;另一种则根据超新星亮度随宇宙膨胀的衰减程度来计算的。过去，因为两种计算办法的精度都不够高，它们之间的差异似乎还在容许范围之内，但现在，随着精度的提高，差异已经超出了允许范围。究竟哪一个算得更准确，天文学家根本无从判断。也许巨型结构物的存在，是造成这一分歧的原因。如果得到证实，那么，这将进一步肯定了宇宙物质分布的非均匀性，从而也更加肯定了我们在宇宙中所处位置的特殊性。