Стандартные свечи Вселенной горят неровно

Ученым стала чуть более ясна природа одних из самых известных астрономических явлений, без которых было бы сложно определять расстояния во Вселенной — сверхновых. Точнее, астрофизики прояснили природу нашего восприятия этих явлений.

Главное — не перебрать

Сверхновая, как известно, не объект, а процесс. Это завершающий этап эволюции массивных звезд, сопровождающийся самыми яркими вспышками на небе. Правда, происходят такие события крайне редко – примерно раз в несколько сотен лет на триллион звезд. Среди многообразия подобных катастрофических явлений астрономы особо ценят взрывы, отличающиеся одинаковой мощностью и характерным угасанием блеска. Относительно легкие звезды типа Солнца перед гибелью сбрасывают свою оболочку, образуя планетарные туманности. В центре таких туманностей остается сверхплотный белый карлик, состоящий из вырожденного вещества, где не протекают термоядерные реакции. Если рядом с белым карликом осталась звезда-соседка, она своим присутствием способна «добить» уже умершую звезду и превратить ее смерть в феерическое зрелище. Добивание происходит так: звезда, гравитационно связанная с белым карликом, в какой-то момент начинает проливать на его поверхность свое вещество, заставляя его разогреваться и светить в рентгеновском диапазоне. Процесс не может продолжаться бесконечно: в определенный момент «терпению» карлика приходит конец. Когда масса карлика превышает 1,44 массы Солнца (предел Чандрасекара), он сжимается до зажигания термоядерных реакций, и происходит взрыв вселенского масштаба. Такие вспышки принято называть сверхновыми типа Ia.

Стандартные свечи

Все подобные взрывы протекают с объектами одной массы, поэтому мощность, выделяемая при вспышках, примерно одинакова — в 10³⁶ Ватт. Благодаря этому сверхновые типа Ia SN стали для астрономов маяками во Вселенной  — «стандартными свечами», позволяющими довольно точно определять до них расстояние. Именно с их помощью ученые выяснили, что в наши дни Вселенная расширяется, причем ускоренным темпом. Сверхновые Ia позволяют определять расстояния с точностью 10%. Но чтобы с их помощью определять космологические параметры, требуется еще большая точность. Поэтому для астрономов так важен ответ на вопрос, а действительно ли все объекты такого типа светят одинаково.

Нестандартный стандарт

Белые карлики, из которых вспыхивают Сверхновые, имеют различный химический состав, поэтому, опасаются ученые, мощность вспышек должна лишь примерно соответствовать 10³⁶ Ватт. И действительно, последние наблюдения за сверхновыми Ia показали, взрываются они не совсем одинаково. По допплеровскому сдвигу линий удалось выяснить, что некоторые Сверхновые разлетаются со скоростью, в 1,5 раза большей, чем обычно, что может указывать на несколько большую энергетику процесса. Если это так, то, как о точных измерителях расстояний о Сверхновых Ia ученым следовало бы забыть. Однако Кеичи Маеда из университета Токио и Дэниель Казен из Беркли в статье в Nature успокоили астрономов.

К Земле передом, к Вселенной — задом

Ученые показали, отчего возникает разница в наблюдаемых скоростях разлета вещества у разных Сверхновых. Превысив критическую массу, белый карлик может взорваться несимметрично: термоядерное горение может начаться с одной стороны, с которой разлет вещества, соответственно, начнет происходить быстрее. А то, какую скорость разлета видит наблюдатель на Земле, зависит от того, каким боком к нам ориентирована Сверхновая.

Полученный вывод вполне согласуется с существующими моделями взрыва белых карликов. Внутри разогретого карлика возникают конвекционные потоки, так что первые термоядерные реакции зажигаются слегка в стороне от центра карлика. Этот сдвиг приводит к куда большей разбалансировке дальнейшего катастрофического взрыва, который выходит с одной стороны поверхности в виде грибообразной шляпки. Маеда с коллегами проанализировал остатки о взрывов сверхновых Ia, уже успевших разлететься и стать полупрозрачными. Ученым стало ясно, что объекты, которые казались разлетавшимися быстрее, смотрели на Землю выпуклой частью. Поэтому вера астрономов в сверхновые типа Ia, как в стандартные свечи Вселенной, устояла. «Так что космологи, и это приятная новость, могут продолжать наблюдать множество Сверхновых и просто усреднять их по углу зрения. А наше представление о расширяющейся Вселенной из-за этих различий не поколебалось», — пояснили авторы работы.