0 4 太阳丰度危机解除
关于太阳的研究有一个困扰了科学家长达十年的难题：太阳丰度危机。简单来说，此危机来源于日震学确定的太阳内部结构与恒星演化基本理论推导出的太阳内部结构之间的冲突。由于基本理论推导出的太阳内部结构依赖于太阳的化学成分，这暗示着之前一直使用的太阳丰度可能并不准确。最近，研究人员通过对太阳大气物理的最新计算解决了这个难题，结果发表于2022年5月23日的《天文学与天体物理学》杂志。
确定恒星化学成分时，对其进行光谱分析是常用的方法。除了像彩虹一样的连续谱，恒星光谱还包含有明显的暗线（即吸收线）。科学家确认了这些吸收线实际揭示了特定化学元素的存在，并且发现吸收线的强度与恒星化学成分及其温度有紧密的关联性。从那时起，将光谱特征与恒星化学成分和物理联系起来的计算，就成为了现代恒星物理模型的基础，延续至今已经一个世纪之久。
早期关于恒星光谱和化学丰度关联性的研究依赖于被称为“局部热平衡”的假设，即假设恒星大气每个局部区域的能量都有时间扩散并达到某种平衡，这会大大简化计算。基于此假设，科学家们计算出了太阳中金属（比氦更重的化学元素）的丰度，并应用到太阳的标准模型中，得到了太阳的内部结构。但出人意料的是，标准模型得到的太阳结构与另外的独立方法，也就是日震学得到的太阳结构有很大不同。
日震，即太阳以特征模式有节奏地膨胀和收缩，时间尺度介于秒和小时之间。就像地震波为地质学家提供有关地球内部的重要信息，日震数据提供了有关太阳内部的信息。根据日震数据，太阳内部的对流区比标准模型预测的要大得多，而该区域底部附近的声速也偏离了标准模型的预测。此外，日震数据和标准模型推导出的太阳中的氦和中微子数量也都不一致。
最近，马克斯普朗克天文学研究所的科学家们重新审视了局部热平衡假设。由于太阳大气的密度很低，从而很难达到局部热平衡，需要考虑非局部热平衡（Non-LTE）的计算。基于Non-LTE，研究人员详细计算了太阳光球中辐射物质的相互作用，并且利用了目前质量最高的太阳光谱，最终得到了太阳金属丰度为0.0225，比之前的结果高出26%。当新的化学丰度被输入到太阳模型中时，得到的结果与日震学结果非常一致，解决了太阳的丰度危机。基于新的化学丰度的太阳模型比以往任何时候都更加真实，它与我们所掌握的关于太阳结构的所有信息，包括声波、中微子、太阳光度和半径等等，都是一致的。此外，这项研究的方法很容易应用于其他恒星的化学分析，从而帮助重建恒星和宇宙的化学演化。
0 5 准确测量宇宙膨胀率
在近30年的观测历程中，哈勃空间望远镜校准了宇宙中的“里程碑标记”，使科学家们准确测量了宇宙的膨胀率。对于宇宙膨胀率的探索始于1920年Edwin P. Hubble和Georges Lemaître的测量，他们发现几乎所有星系都在彼此互相远离，并且远去的速度与距离成比例。到了1998年，哈勃望远镜对遥远超新星的观测使天文学家证实宇宙实际上在加速膨胀。
为了对宇宙膨胀有更深入的理解，测量宇宙的膨胀便至关重要，而确定哈勃常数又是其中的重中之重。哈勃常数即宇宙的膨胀率，可以用来确定宇宙的年龄及其历史，是宇宙学中最重要的数字之一。准确测量哈勃常数的关键是准确测量宇宙中天体的距离，天文学家为此依赖于里程碑标记：造父变星和Ia型超新星。造父变星，得益于其脉动周期和光度的紧致关系；Ia型超新星，则是由于其爆发后都会达到相同的已知光度。
哈勃望远镜的主要科学目标之一就是观测造父变星和超新星。1990 年发射升空后的约10年间，哈勃望远镜完成了第一组造父变星的观测。2005年之后，哈勃望远镜加装了强大的新相机，启动了哈勃常数研究的“第2代”。研究项目由诺贝尔奖获得者Adam Riess领导，被简称为SH0ES。此项目使用的新样本数量是之前研究的两倍以上，并且之前的样本也被重新分析，总数据涵盖的观测时长超过了1583小时，望远镜在轨观测运行超过了1000圈。样本中也包括了哈勃望远镜过去约30年间观测到的所有42个超新星。最终哈勃常数的值被确定为73±1 kms-1Mpc-1，精度达到1%。这可能是对哈勃常数的最后一次重大更新。
但是这个数值却与其他测量结果有明显差距。欧洲航天局的普朗克任务对138亿年前的宇宙微波背景辐射进行了观测，结合标准宇宙学模型，天文学家预测了哈勃常数为67.5±0.5 kms-1Mpc-1，明显低于哈勃望远镜得到的结果。为什么大爆炸之后的独立观测结果与局部宇宙中测量的膨胀率之间存在差异，原因仍然是个谜。需要指出的是，哈勃望远镜的样本数量很大，天文学家不幸出错的概率只有百万分之一。所以，原始宇宙与局部宇宙的膨胀率之间的脱节，可能正在向我们揭示宇宙动态演化的画面，可能涉及全新的物理学。该研究结果发表在2022年5月的《天体物理学杂志》特别焦点刊上。
0 6 奇特重复射电暴被发现
最近，天文学家发现了一例奇特的重复快速射电暴。快速射电暴 (FRB) 是一种发生在射电波段的强烈短暂的爆发，持续时间约为毫秒量级，于2007年首次被发现。重复快速射电暴则是更稀有的天体，拥有多次强烈的射电爆发，目前发现了24例，占FRB总数的约5%。此次性质独特的重复快速射电暴为揭示FRB的本质以及FRB所处环境的性质带来了新的线索。
该快速射电暴名为FRB 20190520B，于2019年5月20日首次被中国五百米口径球面射电望远镜（FAST）探测到，并在之后被证实了是一个重复暴。2020年，美国甚大阵（VLA）的观测确定了FRB 20190520B的位置，而光学图像显示它位于一个距离地球约30亿光年的矮星系的边缘。引起人们关注的是，FRB 20190520B在射电暴之间还拥有持续不断的弱的射电辐射。它是目前发现的仅有的第二例拥有持续弱射电辐射的重复快速射电暴，与第一例FRB 20121102A在性质上展现了完美的“孪生”，使它们明显区别于其他的FRB。这引发了FRB 领域的关键问题，即存在两种不同类型的FRB，或者它们是FRB的一个演化阶段？此研究工作的通讯作者，国家天文台FAST首席科学家李菂认为所有FRB可能都会经历FRB 20121102A和FRB 20190520B的阶段，但此阶段应该非常短暂，因为它们是目前大约500例已知FRB中，唯二的拥有持续弱射电辐射的重复快速射电暴。
FRB 20190520B的另一个独特性质是它的色散值，提供了其所处环境的重要信息。当电磁波穿过包含自由电子的空间时，高频波比低频波传播得更快，这就是色散。测量色散可以用来确定天体和地球之间空间中的电子密度；或者，如果电子密度已知或假设，测量色散则可以估计天体的距离。如果使用常用的星际介质的电子密度，FRB 20190520B的色散值推导出的距离至少为100亿光年，然而其宿主星系的距离是30亿光年。这表明FRB 20190520B处于非常致密的等离子体环境中，计算表明FRB 20190520B所处环境是已知FRB环境中电子密度最高的。
FRB的主要候选体是超新星爆炸后留下的中子星。由于FRB 20190520B的爆发活动持续活跃，天文学家推测它可能是一颗“新生”的中子星，仍然被超新星爆炸遗留下的致密物质所包围，导致了其独特的性质。它可能代表了FRB短暂的青春期。而随着周围物质的消散，重复爆发减少，演化为普通的FRB。该研究结果发表于2022年6月8日的《自然》杂志。
