科学家预测：消逝超新星将于16年后重现

天象变化难以预测。在太阳系以内，天文学家可以通过一些观测和计算预言少数天体的运行规律，例如即将到来的月食和日食的时间以及一些彗星的轨道。然而在太阳系以外，这几乎不可能。

不过有一颗遥远的超新星，它的重现却被科学家准确预测。

这颗被称为安魂曲（Requiem）的超新星，其爆炸图像于2016年的哈伯太空望远镜（Hubble Space Telescope）的观测数据中被发现。和大多数超新星不同的是，它是透过引力透镜形成的爆炸图像，因此它展现了三幅爆炸图像。

引力透镜一般是由于质量巨大的星系或星系团的引力造成的。在大质量星系团的作用下，周围的时空发生扭曲，造成光线发生偏折。这种效果类似于玻璃透镜弯曲光线以放大远处物体的图像。

引力透镜现象由爱因斯坦首先提出。这种现象使得大质量星系团就像一个宇宙中的变焦镜头一样，可以扭曲和放大来自其后方的天体的光芒。

2016年观测到的三个安魂曲超新星图像表现为哈勃照片中的三个小点，代表了超新星爆炸余波的光。这些圆点的亮度和颜色各不相同，表示随着时间的推移，爆炸逐渐消退的三个不同阶段。

现在，一组天文学家预言，在 2037 年左右将会出现这颗超新星的第四个爆炸图像。虽然这次重播将不可见用肉眼来看，未来的一些望远镜应该能够发现它。

“这一新发现是多次成像超新星的第三个例子，我们实际上可以测量到达时间的延迟。” 论文第一作者、南卡罗来纳大学的史蒂夫·罗德尼（Steve Rodney）教授解释说，“它是这三个中距离最远的一个，预计的延迟时间特别长。我们将能够在2037年附近看到最后的一次爆炸图像。”

产生引力透镜效应的星系团，编号为 MACS J0138.0-2155 ，距离地球大约40亿年。根据安魂曲超新星宿主星系的距离，爆炸的光估计花了100亿年的时间才到达地球。

研究团队对超新星重现的预测基于星系团的计算机模型。该模型描述了超新星光穿过星系群中暗物质的各种路径。

“每当光线靠近一个大质量的天体，比如星系或星系团时，爱因斯坦的广义相对论提到的时空扭曲就会延迟光围绕该质量的传播，”罗德尼说。

他将超新星的各种光路比作几列同时离开车站的火车，所有火车都以相同的速度行驶并开往相同的位置。然而，每列火车走不同的路线，每条路线的距离也不相同。由于列车在不同地形上行驶的轨道长度不同，因此它们不会同时到达目的地。

此外，预计在 2037 年出现的引力透镜超新星图像落后于安魂曲超新星的其它图像，因为这部分光线直接穿过星系团中央，那里是暗物质密度最大的地方。星系团的巨大质量使光线弯曲，产生了更长的时间延迟。

“这是最后一趟到达，因为这就像火车必须深入山谷，然后再爬回来。这是最慢的光之旅，”罗德尼解释说。

这些引力透镜超新星图像是由论文合作者、丹麦哥本哈根大学的加布·布拉默（Gabe Brammer）教授于 2019 年发现的。2016 年数据中的一个微小红色物体引起了他的注意，他最初认为这是一个遥远的星系。但它在2019年的图像中消失了。

“但是，在进一步检查2016年的数据时，我注意到实际上有三个放大的天体，两个红色和一个紫色，”布拉默解释道，“这三个天体中的每一个都与一个遥远的大质量星系的引力透镜图像配对。它立即向我暗示它不是一个遥远的星系，而是这个系统中的一个瞬态源，在2019年的图像中变暗消失了。”

布拉默与罗德尼合作，对该系统进行了进一步分析。引力透镜的超新星图像围绕星团核心排列成弧形。它们以小点的形式出现在涂抹的橙色特征附近，这些特征被认为是超新星宿主星系的放大快照。

研究合作者、法国里昂大学的约翰·理查德（Johan Richard）制作了一张星团中暗物质的分布图，这是从它产生的引力透镜推断出来的。该分布图显示了引力透镜成像的预测位置。

捕捉超新星爆炸重演将有助于天文学家测量所有四张超新星图像之间的时间延迟，这将为光线通过的扭曲空间提供线索。有了这些测量结果，研究人员就可以微调星团质量分布的模型。

绘制大质量星系团的精确暗物质图是天文学家测量宇宙膨胀率和研究暗能量本质的另一种方式。而暗能量是一种神秘的能量形式，可以对抗重力并导致宇宙以更快的速度膨胀。

“这些长时间的延迟特别有价值，因为如果你耐心等待几年，在这种情况下是十多年，你可以获得对时间延迟的良好、精确测量，”罗德尼说，“这是一条完全独立的计算宇宙膨胀率的路径。未来的真正价值将是使用更大的样本来提高精度。”

未来的望远镜，如美国航天局（NASA）的詹姆斯韦伯太空望远镜（James Webb Telescope），也可以在爆炸的其它时期探测到来自安魂曲的光。

这项新结果于 9 月 13 日发表在《自然天文学》杂志上。