Pantheon+ supernovae corrected for progenitor age indicate the universe is decelerating

技术摘要：经前身星龄校正后的 Pantheon+ 超新星表明宇宙正在减速膨胀

问题陈述
标准宇宙学模型 ($\Lambda$CDM) 假定宇宙正在经历各向同性的加速膨胀，这种膨胀由暗能量或宇宙学常数驱动。这一推论在很大程度上依赖于将 Ia 型超新星（SNe Ia）作为标准烛光，并假设其内在性质不随红移而演化。然而，最近的分析表明，推导出的加速现象可能是一种观测者在局部体流（bulk flow）中运动所导致的伪像，表现为减速参数 ($q_0$) 的偶极各向异性而非全局单极性。此外，新兴证据表明，SNe Ia 的光度与其前身星族（progenitor stellar populations）的年龄之间存在相关性，这表明在以往的宇宙学计量分析中，存在尚未被充分考虑的、随红移变化的标量校准偏差。

方法论
作者重新分析了包含 1,701 个 SNe Ia 的 Pantheon+ 目录，采用了一个统计原则框架 (Sah et al. 2025)，该框架将减速参数建模为与局部体流对齐的单极项 ($q_m$) 与偶极项 ($\mathbf{q}_d$) 的组合，并随特征尺度 $S$ 衰减。

核心方法论创新在于应用了针对前身星龄演化的红移相关校正，以修正超新星的视星等。遵循 Son et al. (2025) 的方法，作者修改了距离模数公式：
$$\mu_{SN} = m_B - M + \alpha x_1 - \beta c - \Delta m(z)$$
其中校正项定义为 $\Delta m(z) = \Delta \text{age}(z) \times 0.030 \text{ mag Gyr}^{-1}$。项 $\Delta \text{age}(z)$ 代表相对于 $z=0$ 时平均前身星年龄的变化，该值是通过将延迟时间分布（delay-time distribution）与宇宙星形成史进行卷积后从超新星前身星年龄分布（SPAD）中导出的。

分析对校正后的视星等 ($m^*_B$) 使用了极大似然估计法 (Nielsen et al. 2016)。作者施加了 $z_{hel} \leq 0.8$ 的红移截断，以确保亮度距离级数泰勒展开的收敛。他们在四个参考系下测试了模型：日心系（Heliocentric）、本星系群（Local Group, LG）、宇宙微波背景（CMB）以及哈勃图（Hubble Diagram，即经过本征速度修正的 CMB 系）。偶极方向最初固定为 CMB 偶极方向，但研究指出，当允许其变化时，结果保持一致。

主要贡献

1. 应用前身星龄校正： 本文应用了首次针对 Pantheon+ 样本进行的宇宙学计量分析，该分析明确校正了由前身星龄驱动的光度演化，使用了近期研究（Chung et al. 2025; Son et al. 2025）确立的 $0.030 \text{ mag Gyr}^{-1}$ 斜率。
2. 解耦偶极与单极效应： 研究表明，在校正前身星龄后，尽管 $q_0$ 的局部偶极各向异性（与体流对齐）基本保持不变，但全局单极分量发生了显著变化。
3. 稳健性检验： 作者验证了其结果对于用于推导前身星龄的假设宇宙学模型（测试 $\Omega_\Lambda=0.73$ 对比 $\Omega_\Lambda=0$）具有不敏感性，并且在改变红移截断（例如 $z < 0.5$）时仍保持一致。

结果

• 单极项 ($q_m$) 的偏移： 在未进行年龄校正时，在大多数参考系中，减速参数的单极分量为负值（表示加速），符合 $\Lambda$CDM 的预期。在应用前身星龄校正后，单极项在所有测试的参考系中均转变为正值。例如，在哈勃图（HD）参考系中，$q_m$ 从 $-0.14$变为$+0.21$。
• 偶极项 ($\mathbf{q}_d$) 的稳定性： 校正后，偶极分量的振幅和方向在统计上保持不变。偶极仍然与局部体流对齐，并在 $z \sim 0.01$（约 $30 h^{-1}$ Mpc）的尺度上衰减，这与局部运动学效应一致。
• 减速迹象： 校正后的数据没有显示出加速膨胀的迹象。结果与当前处于减速膨胀的宇宙相一致。
• 参考系无关性： 在日心系、本星系群、CMB 和哈勃图参考系中，关于宇宙正在减速的结论均成立，尽管单极项的具体数值在不同参考系间略有差异。

意义与主张
本文声称，如果考虑两个因素：观测者嵌入在局部体流中，以及 SNe Ia 前身星龄随红移的演化，那么从 SNe Ia 推导出的各向同性宇宙加速证据可能是虚假的。

作者断言，一旦对前身星龄偏差进行校正，减速参数的单极分量就会变为正值，指示减速膨胀。因此，他们得出结论：没有证据表明存在可以归因于宇宙学常数 ($\Lambda$) 或广义暗能量的各向同性加速膨胀。此前分析中观察到的“加速”被归因于未校正的前身星龄演化以及由局部体流引起的偶极调制。作者指出，虽然前身星龄偏差的存在仍存在争议（引用 Wiseman et al. 2026），但应用此项校正从根本上改变了对 Pantheon+ 数据的宇宙学解释。