一颗超新星，五个像，宇宙的膨胀速率

今天的宇宙膨胀得有多快？回答这个问题的数字是哈勃常数H0。测量它的两种主要方法——一种是通向邻近恒星和星系的距离“阶梯”，另一种是早期宇宙的微弱余晖，即宇宙微波背景——目前给出的数值存在显著差异。这一差距被称为哈勃张力（Hubble tension），是宇宙学中的重大未解问题之一。

还存在第三条途径，而且它不依赖于前两者中的任何一种。

自带时钟的宇宙透镜

当一个质量非常大的天体——一个星系或整个星系团——位于遥远光源的前方时，它的引力会使光线弯曲，并可能把光源分裂成几个像。这就是强引力透镜。各条光线走过的路径长度不同。如果光源的亮度发生变化，这些像就会一个接一个地变化。

这些时间延迟取决于透镜的质量和宇宙距离——因而也取决于H0。这一想法由雷夫斯达尔（Refsdal）在1964年提出，用的正是呈现多个像的超新星。

第一颗这样的超新星，现在被称为SN Refsdal，于2014年在星系团MACS J1149.5+2223后方被发现。它最初以四个像的形式出现在该星系团的一个星系周围；模型预测的第五个像预计将在大约一年后出现。测得的延迟中，有两个像之间相隔376天。

用77,000个像素取代几个点

难点在于准确掌握星系团的质量如何分布。迄今为止，模型只使用背景星系多重像的位置。图尔库大学和米兰大学的斯特凡·舒尔特（Stefan Schuldt）与来自意大利、德国、西班牙和芬兰的同事更进一步。

他们的模型已经包括星系团中的308个星系、暗物质晕，以及17个背景光源的100多个多重像。在此基础上，他们又加入了超新星宿主星系的完整形状和亮度：来自哈勃空间望远镜的77,000个像素。这是首次用这类星系团模型来测量宇宙学参数。

为稳妥起见，他们测试了四种数据加权方式，并把它们之间的差异计作额外的不确定度。

3%的测量

• H0 = 65.0（+2.0 / −1.8）公里每秒每百万秒差距，同时测得宇宙的物质含量Ωm = 0.30。
• 不确定度为3.0%：这是迄今从单个强透镜得到的最精确数值，优于一个透镜类星体给出的3.9%结果。
• 与只用像的位置的同一模型相比，加入像素使不确定度降低到原来的二分之一。
• 模型的所有版本彼此一致，也与此前对SN Refsdal的研究一致。

这一数值与普朗克任务测得的宇宙微波背景数值一致，也与另一颗受透镜作用的超新星SN Encore的结果一致。它与SH0ES团队的距离阶梯数值相距较远。

质量模型带来的不确定度，现在已与最长延迟的不确定度相当。换句话说，成为限制因素的已经是时钟，而不是质量图。

还有什么可能改变这个数字

作者列出了他们这3%没有包含的内容。为了与旧模型进行公平比较，他们固定了星系团的质量配方，因此这一配方的细节没有被计入不确定度。透镜方法的一个已知盲点——“质量片简并”（mass-sheet degeneracy）——只得到了部分控制。而且，如果穿过星系团的视线比平均情况更空旷，星系团透镜就会低估H0。

下一次检验即将到来：另一颗受透镜作用的超新星SN Requiem应当在2026年或2027年再次出现，距它首次被观测到约十年。它的延迟应能被非常精确地测量，配合这样的模型，可以把H0确定到百分之几以内。鲁宾天文台预计会发现更多这样的超新星。