超新星是恒星演化過程中最壯觀的現(xiàn)象之一，它們在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大的能量，使得它們的亮度可以超過整個(gè)星系。超新星可以分為兩類：Ia型和核塌縮型。Ia型超新星是由白矮星吸積物質(zhì)導(dǎo)致核反應(yīng)失控而爆炸，而核塌縮型超新星是由恒星核心耗盡燃料而坍縮引發(fā)外層爆發(fā)而形成。超新星不僅可以為我們提供恒星演化和宇宙化學(xué)的信息，還可以作為標(biāo)準(zhǔn)燭光來測量宇宙距離和加速膨脹。

然而，超新星觀測并不總是簡單直接的。有時(shí)候，超新星會被位于其前方的一個(gè)大質(zhì)量天體所引力透鏡化，從而產(chǎn)生多個(gè)圖像或者一個(gè)環(huán)狀圖像。這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)引力透鏡效應(yīng)，它可以使得超新星的亮度被放大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，從而使得我們能夠觀測到更遙遠(yuǎn)或更暗弱的超新星。同時(shí)，強(qiáng)引力透鏡效應(yīng)也可以提供有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)和引力場的重要信息。

超新星Refsdal是一顆在2014年被發(fā)現(xiàn)的爆發(fā)中的恒星，它位于距離我們約90億光年的星系MACS J1149.6 2223內(nèi)。由于這個(gè)星系所在的星系團(tuán)的引力透鏡效應(yīng)，超新星Refsdal被分成了四個(gè)圖像，形成了一個(gè)稱為“愛因斯坦十字”的結(jié)構(gòu)。這是天文學(xué)家首次觀測到一個(gè)超新星被引力透鏡分裂成多個(gè)圖像的現(xiàn)象。

在2015年，天文學(xué)家預(yù)測超新星Refsdal還會出現(xiàn)第五個(gè)圖像，因?yàn)樗墓饩€會經(jīng)過另一條路徑到達(dá)我們。這個(gè)預(yù)測在同年底被證實(shí)，第五個(gè)圖像出現(xiàn)在了“愛因斯坦十字”的附近。這給了天文學(xué)家一個(gè)難得的機(jī)會，通過比較不同圖像之間的光變曲線，來測量它們之間的時(shí)延和放大倍數(shù)。

時(shí)延是指不同圖像之間的光線到達(dá)我們所花費(fèi)的時(shí)間差，它反映了光線經(jīng)過的路徑長度和空間曲率的差異。放大倍數(shù)是指不同圖像之間的亮度比，它反映了光線經(jīng)過的引力場對光束截面積的影響。時(shí)延和放大倍數(shù)都可以用來約束引力透鏡模型，從而推斷出星系團(tuán)和星系的質(zhì)量分布和結(jié)構(gòu)。

為了測量時(shí)延和放大倍數(shù)，天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在2014年至2016年間對超新星Refsdal的多波段觀測數(shù)據(jù)，對這五個(gè)分量的時(shí)延和放大率進(jìn)行了精確的測量。他們使用了不同的方法和假設(shè)來分析數(shù)據(jù)，并得到了一致的結(jié)果。

他們的分析表明，前四個(gè)圖像之間的時(shí)延都很小，可以忽略不計(jì)。然而，第五個(gè)圖像與其他圖像之間的時(shí)延則很大，達(dá)到了200至300天之間。同樣，第五個(gè)圖像的放大率比其他圖像都要大得多，達(dá)到了約40倍，而其他圖像的放大率都在4至7倍之間。這表明，第五個(gè)圖像受到了一個(gè)次級透鏡（可能是一個(gè)恒星或一個(gè)暗物質(zhì)亞結(jié)構(gòu)）的強(qiáng)烈影響。

超新星Refsdal提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會來利用時(shí)延距離來約束宇宙學(xué)參數(shù)，特別是哈勃常數(shù)H0。時(shí)延距離DΔt是由哈勃常數(shù)H0、物質(zhì)密度參數(shù)Ωm、暗能量密度參數(shù)ΩΛ和暗能量狀態(tài)方程參數(shù)w共同決定的。通過測量超新星Refsdal不同分量之間的時(shí)延，并結(jié)合星系團(tuán)質(zhì)量模型和暗物質(zhì)亞結(jié)構(gòu)模型，可以得到時(shí)延距離DΔt的測量值。然后，通過與其他宇宙學(xué)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，可以得到哈勃常數(shù)H0和其他宇宙學(xué)參數(shù)的約束。