Як вибух наднової допоможе точніше виміряти швидкість розширення Всесвіту

Американські астрономи зуміли передбачити появу в 2037 році зображення зірки, що вибухає. Розберемося, як це допоможе вченим відповісти на фундаментальні запитання про наш Всесвіт.

Американські астрономи зуміли передбачити появу в 2037 році зображення зірки, що вибухає. Розберемося, як це допоможе вченим відповісти на фундаментальні запитання про наш Всесвіт.

Як подивитися на наднову

Це буде вже четверта відома поява тієї ж наднової. Перші три зображення знайшли в даних телескопа Хаббл за 2016 рік. Вчені хочуть поліпшити зображення - отримати збільшене зображення з більшою яскравістю і поділене на окремі «кадри» в різні моменти вибуху.

Численні зображення створюються потужною гравітацією скупчення галактик, яка спотворює і підсилює світло від наднової, що знаходиться далеко позаду них. Цей ефект називають гравітаційним лінзуванням. Вперше передбачений Альбертом Ейнштейном, цей ефект схожий на вигин світла від скляної лінзи, що збирає.

Три зображення наднової з лінзами, схожі на крихітні точки на одному знімку телескопа Хаббл, показують світло від наслідків вибуху. Точки розрізняються за яскравістю і кольором - це три різні фази затухаючого вибуху, що остигає з плином часу.

Наприклад, світлу скупчення галактик MACS J0138.0-2155, захопленому Хабблом, знадобилося близько чотирьох мільярдів років, щоб досягти Землі. Світлу від Supernova Requiem, що знаходиться за цим скупченням, знадобилося приблизно 10 мільярдів років для своєї подорожі, залежно від відстані до його галактики.

Як може бути різною відстань, що проходить світлом однієї зірки

Прогноз команди про повернення зображення наднової зірки заснований на комп'ютерних моделях, що описують різні шляхи, якими світло наднове проходить через темну матерію - це невидимий оку матеріал, який становить основну частину матерії Всесвіту.

Кожне збільшене зображення проходить через скупчення галактик своїм маршрутом і досягає Землі в різний час, почасти через відмінності в довжині шляхів проходження світла.

Коли світло проходить поблизу дуже масивного об'єкта, такого як галактика або скупчення галактик, викривлення простору-часу, про який нам говорила ще загальна теорія відносності Ейнштейна, працює для будь-якої маси і затримує переміщення світла навколо цієї маси.

Щоб краще це уявити, розглянемо кілька однакових поїздів, які покидають станцію, одночасно з однаковою швидкістю і прямують в одне і те ж місце. Однак кожен поїзд прямує різним маршрутом, підсумкова відстань для кожного поїзда також різна. Оскільки поїзди рухаються по рейках різної довжини по різній місцевості, вони не прибувають до пункту призначення одночасно.

Більш того, лінзове зображення наднове, яке, за прогнозами, має з'явитися в 2037 році, відстає від інших зображень тієї ж наднової ще й тому, що її світло проходить прямо через середину скупчення, де знаходиться темна матерія розташована найбільш щільно. При цьому величезна маса кластера викривляє світло, викликаючи затримку.

Реквієм далекої зірки

Зображення наднової були виявлені Гейбом Браммером у 2019 році. Браммер помітив дзеркальні зображення наднових під час аналізу далеких галактик, збільшених масивними скупченнями галактик на передньому плані, в рамках програми під назвою REsolved QUCEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Він порівнював нові дані REQUIEM за 2019 рік з архівними зображеннями, отриманими в 2016 році з іншої наукової програми Хаббла. Його увагу привернув крихітний червоний об'єкт в даних 2016 року - спочатку Браммер думав, що це далека галактика. Але вона зникла на зображеннях 2019 року.

«При подальшому вивченні даних за 2016 рік, я помітив, що насправді там було три збільшених об'єкти, два червоних і фіолетовий», - пояснив він. "Кожен з трьох об'єктів був пов'язаний з лінзовим зображенням далекої масивної галактики. Отже, це не далека галактика, а тимчасове джерело світла в цій системі - немов вимкнули лампочку ".

Зображення лінзованих наднових розташовані по дузі навколо ядра скупчення. Вони виглядають як маленькі точки поруч з нечіткими збільшеними зображеннями їхньої батьківської галактики.

Навіщо потрібні такі вимірювання?

Повторне захоплення зображення вибуху надновою допоможе астрономам виміряти тимчасові затримки між чотирма зображеннями, що допоможе точно налаштувати моделі, що відображають розподіл маси скупчення, а також точніше виміряти швидкість розширення Всесвіту і дослідити природу темної енергії - гіпотетичної форми енергії, що діє проти гравітації і змушує Всесвіт розширюватися швидше. Втім, вимірювання реліктового випромінювання підтверджують її наявність у космосі.

Такий метод вимірювання тимчасової затримки цінний, тому що він близький до прямих вимірювань швидкості розширення Всесвіту, що, звичайно, непросто виконати. Чим більше таких зображень буде знайдено, тим точніше буде отримане значення швидкості.

Результати опубліковані в журналі Nature Astronomy.