超新星Refsdal的五幅壮观图像：时延和放大率测量

超新星是恒星演化过程中最壮观的现象之一，它们在短时间内释放出巨大的能量，使得它们的亮度可以超过整个星系。超新星可以分为两类：Ia型和核塌缩型。Ia型超新星是由白矮星吸积物质导致核反应失控而爆炸，而核塌缩型超新星是由恒星核心耗尽燃料而坍缩引发外层爆发而形成。超新星不仅可以为我们提供恒星演化和宇宙化学的信息，还可以作为标准烛光来测量宇宙距离和加速膨胀。

然而，超新星观测并不总是简单直接的。有时候，超新星会被位于其前方的一个大质量天体所引力透镜化，从而产生多个图像或者一个环状图像。这种现象称为强引力透镜效应，它可以使得超新星的亮度被放大数倍甚至数十倍，从而使得我们能够观测到更遥远或更暗弱的超新星。同时，强引力透镜效应也可以提供有关宇宙结构和引力场的重要信息。

超新星Refsdal是一颗在2014年被发现的爆发中的恒星，它位于距离我们约90亿光年的星系MACS J1149.6 2223内。由于这个星系所在的星系团的引力透镜效应，超新星Refsdal被分成了四个图像，形成了一个称为“爱因斯坦十字”的结构。这是天文学家首次观测到一个超新星被引力透镜分裂成多个图像的现象。

在2015年，天文学家预测超新星Refsdal还会出现第五个图像，因为它的光线会经过另一条路径到达我们。这个预测在同年底被证实，第五个图像出现在了“爱因斯坦十字”的附近。这给了天文学家一个难得的机会，通过比较不同图像之间的光变曲线，来测量它们之间的时延和放大倍数。

时延是指不同图像之间的光线到达我们所花费的时间差，它反映了光线经过的路径长度和空间曲率的差异。放大倍数是指不同图像之间的亮度比，它反映了光线经过的引力场对光束截面积的影响。时延和放大倍数都可以用来约束引力透镜模型，从而推断出星系团和星系的质量分布和结构。

为了测量时延和放大倍数，天文学家利用哈勃太空望远镜在2014年至2016年间对超新星Refsdal的多波段观测数据，对这五个分量的时延和放大率进行了精确的测量。他们使用了不同的方法和假设来分析数据，并得到了一致的结果。

他们的分析表明，前四个图像之间的时延都很小，可以忽略不计。然而，第五个图像与其他图像之间的时延则很大，达到了200至300天之间。同样，第五个图像的放大率比其他图像都要大得多，达到了约40倍，而其他图像的放大率都在4至7倍之间。这表明，第五个图像受到了一个次级透镜（可能是一个恒星或一个暗物质亚结构）的强烈影响。

超新星Refsdal提供了一个独特的机会来利用时延距离来约束宇宙学参数，特别是哈勃常数H0。时延距离DΔt是由哈勃常数H0、物质密度参数Ωm、暗能量密度参数ΩΛ和暗能量状态方程参数w共同决定的。通过测量超新星Refsdal不同分量之间的时延，并结合星系团质量模型和暗物质亚结构模型，可以得到时延距离DΔt的测量值。然后，通过与其他宇宙学观测数据进行联合分析，可以得到哈勃常数H0和其他宇宙学参数的约束。