Ia型超新星是一类可以通过标准化方法实现宇宙距离测量的工具，比造父变星亮数个量级。这一工具的理论基础来源于印度裔的美国物理学家S。 Chandrasekhar，他基于电子简并压提出白矮星质量有一个极限，如果超越这个极限，白矮星将会塌缩，并爆发形成超新星，因此可粗略作为标准烛光。由于这一类超新星的光谱中没有氢元素和氦元素的发射线，被称作Ia型超新星。

 

M。 Phillips在1993年发现了将Ia型超新星标准化的定律：如果超新星持续爆发时间比较长，那么超新星就比较亮，这个关系使得利用超新星精确测量宇宙学距离变成了可能，否则，科学家就不会发现宇宙加速膨胀现象。

 

美国的三个天体物理学家，S。 Perlmutter， B。 Schmidt和A。 Riess通过艰苦卓绝的观测，在1998-1999年发表了宇宙加速膨胀现象。这是一个令物理学家无比困惑的观测现象，因为引力会使得膨胀的速度减小，但是宇宙为什么还会加速膨胀？于是暗能量作为宇宙加速膨胀机制立刻成为天文和物理学交叉的最前沿课题。但到现在我们也不知道它们的本质是什么。因为发现宇宙加速膨胀的现象，这三位天文学家在2011年获得了诺贝尔奖。

 

 

利用超新星的测量宇宙距离时发现，红移大于1.5以后，Ia型超新星的数量就急剧减少，这是恒星演化规律所决定的。宇宙距离的阶梯在红移1.5左右可能就断了，丈量更高红移的宇宙是天体物理学家所面临的一个严峻问题。其中一个流行测量方法是通过重子声波震荡（BAO）的固有长度和张角来测量距离（还有特别是恒星级双黑洞的引力波作为标准铃声）。

 

但是这样一个测量的结果，需要基于宇宙学膨胀历史动力学的一个假设，只是相对测量，不是直接测量。我们可以对比一下低红移和高红移的现有BAO测量。高红移的测量远不能给予现有模型任何有效的限制。在低红移里，又出现了前文提到的“哈勃常数危机”。

 

在这个精确宇宙学时代，更多的高质量的数据却使我们面临了更大挑战，呼唤我们去实现最基本和最纯粹的几何的测量。上个世纪的两朵乌云中，对黑体辐射的高精度测量催生了“光量子”的诞生；现在对宇宙学距离的测量精度远远达不到黑体辐射精度，这是对宇宙加速膨胀本质理解的最大障碍，因为现有实验与观测数据精度难于产生革命性理论。因此，这个时代呼唤着用纯粹几何学的方法测量宇宙的结构和膨胀的历史。

 

最近，欧洲VLT望远镜实现了重大的突破：在近红外干涉技术下，VLT第一次实现了对I型类星体的干涉测量，空间分解宽发射线区域获得了其角分布。测量的等效空间分辨率达到了10个微角秒。

 

那么如何实现测量呢？近红外干涉的测量原理与射电波段完全一样，但对于在近红外和光学方面的测量却非常困难，因为相位差受到大气影响，难于保持和测量。如果我们用VLT干涉测量类星体的核心，再采用光谱定位技术测量宽发射线不同位置光子中心之间有一个光行差。对光行差的测量可以获得类星体宽线区相对于观测者的张角。

 

另一方面，我们通过测量类星体宽发射线光变相对于连续谱的时间延迟，乘上光速后，就得到了类星体宽线区的物理尺度。这一技术被称为反响映射，目前已经非常成熟。两者相除即可得到黑洞的角距离。

 

VLT第一次实现近红外的干涉测量成功测量遥远宇宙学尺度上某个辐射区的角径，而丽江两米四望远镜可以完成反响映射测量，获得这个区域的物理尺度。两者相结合，就可以实现距离和黑洞质量的同时直接测量，我们得到哈勃常数为相对误差为15%，这是一个很有希望的新方法，达到了珠联璧合的效果。

 

我们第一次在红移z=0.158的尺度上实现了距离的直接测量，尽管相对误差为15%，但未来随着VLT和2米望远镜合作的开展，精度有望达到3%，甚至更高。

 

这个测量有三个优点，第一，不依赖于消光和红化改正；第二，不依赖于距离阶梯的层层定标。这两点正是标准宇宙学工具测量方法无法克服的困难。我们首次测得的哈勃常数正好是在微波背景辐射和超新星测量结果的中间。这就意味着标准宇宙模型中暗能量性质将得到观测限制。

 

到现在为止，这种联合分析仅实现了对1个类星体距离的测量。近期，GRAVITY团队告诉我，他们已经测量了第2个目标。今后我们就有可能实现更多类星体的距离测量，这将会对暗能量的性质给出精确限制，使得我们对宇宙学加速膨胀的历史有一个新的认识。

 

另外一类黑洞的新结果就是我们在丽江两米望远镜上开展的对超爱黑洞的观测研究。超爱黑洞是对超爱丁顿吸积黑洞的简称，这一类黑洞或将会给出高红移宇宙的膨胀历史。

 

怎么做？我们知道黑洞的吸积有一个最大的吸积率，这个时候被吸积的物质受到的黑洞引力与辐射压达到了平衡。

 

 

 

这些黑洞的辐射有何特点？从这张图上我们可以看到这些锯齿状的特征，它们不同于正常的类星体，是铁一价离子的辐射，是超爱黑洞特有的。通过这些特征可以把类星体里面的超爱黑洞找出来研究黑洞吸积的饱和光度和黑洞的快速增长，即它是如何形成超大质量黑洞以及黑洞烛光测量距离。

 

我们已经在丽江的望远镜上已经发现了饱和光度，使以饱和光度作为基础的距离测量有了观测基础。精度比超新星要差一点，但是类星体的寿命要比Ia型超新星长得多，红移高得多、数目多得多。中科院理论物理所的蔡荣根院士领导的小组，完成了对利用超爱黑洞测量宇宙学的模拟，检验了它的宇宙学测量能力。我们可能测量到宇宙在红移1到4之间的膨胀的历史。