Как взрыв сверхновой поможет точнее измерить скорость расширения Вселенной

Это будет уже четвертое известное появление той же сверхновой. Первые три изображения нашли в данных телескопа Хаббл за 2016 год. Учёные хотят улучшить изображение — получить увеличенное изображение с большей яркостью и разделенное на отдельные «кадры» в разные моменты взрыва.

Множественные изображения создаются мощной гравитацией скопления галактик, которая искажает и усиливает свет от сверхновой, находящейся далеко позади них. Этот эффект называют гравитационным линзированием. Впервые предсказанный Альбертом Эйнштейном, этот эффект похож на изгиб света от стеклянной собирающей линзы.

Три изображения сверхновой с линзами, похожие на крошечные точки на одном снимке телескопа Хаббл, показывают свет от последствий взрыва. Точки различаются по яркости и цвету — это три различные фазы затухающего взрыва, остывающего с течением времени.

К примеру, свету скопления галактик MACS J0138.0-2155, захваченному Хабблом, потребовалось около четырех миллиардов лет, чтобы достичь Земли. Свету от Supernova Requiem, находящейся за этим скоплением, потребовалось примерно 10 миллиардов лет для своего путешествия, в зависимости от расстояния до его галактики.

Прогноз команды о возвращении изображения сверхновой звезды основан на компьютерных моделях, описывающих различные пути, по которым свет сверхновой проходит через темную материю — это невидимый глазу материал, который составляет основную часть материи Вселенной.

Каждое увеличенное изображение проходит через скопление галактик своим маршрутом и достигает Земли в разное время, отчасти из-за различий в длине путей прохождения света.

Когда какой-либо свет проходит вблизи очень массивного объекта, такого как галактика или скопление галактик, искривление пространства-времени, о котором нам говорила ещё общая теория относительности Эйнштейна, работает для любой массы и задерживает перемещение света вокруг этой массы.

Чтобы лучше это представить, рассмотрим несколько одинаковых поездов, которые покидают станцию ​​одновременно с одинаковой скоростью и направляются в одно и то же место. Однако каждый поезд следует по разному маршруту, итоговое расстояние для каждого поезда также разное. Поскольку поезда движутся по рельсам разной длины по разной местности, они не прибывают в пункт назначения одновременно.

Более того, линзовое изображение сверхновой, которое, по прогнозам, должно появиться в 2037 году, отстает от других изображений той же сверхновой ещё и потому, что ее свет проходит прямо через середину скопления, где находится темная материя расположена наиболее плотно. При этом огромная масса кластера искривляет свет, вызывая задержку.

Изображения сверхновой были обнаружены Гейбом Браммером в 2019 году. Браммер заметил зеркальные изображения сверхновых во время анализа далеких галактик, увеличенных массивными скоплениями галактик на переднем плане, в рамках программы под названием REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Он сравнивал новые данные REQUIEM за 2019 год с архивными изображениями, полученными в 2016 году из другой научной программы Хаббла. Его внимание привлек крошечный красный объект в данных 2016 года — изначально Браммер думал, что это далекая галактика. Но она исчезла на изображениях 2019 года.

«При дальнейшем изучении данных за 2016 год, я заметил, что на самом деле там было три увеличенных объекта, два красных и фиолетовый», — пояснил он. «Каждый из трех объектов был связан с линзовым изображением далекой массивной галактики. Значит, это не далекая галактика, а временный источник света в этой системе — словно выключили лампочку».

Изображения линзированных сверхновых расположены по дуге вокруг ядра скопления. Они выглядят как маленькие точки рядом с нечёткими увеличенными изображениями их родительской галактики.

Повторный захват изображения взрыва сверхновой поможет астрономам измерить временные задержки между четырьмя изображениями, что поможет точно настроить модели, отображающие распределение массы скопления, а также точнее измерить скорость расширения Вселенной и исследовать природу темной энергии — гипотетической формы энергии, действующей против гравитации и заставляющей Вселенную расширяться быстрее. Впрочем, измерения реликтового излучения подтверждают её наличие в космосе.

Такой метод измерения временной задержки ценен, потому что он близок к прямым измерениям скорости расширения Вселенной, что, конечно, непросто проделать. Чем больше таких изображений будет найдено, тем точнее будет полученное значение скорости.