Гравитационная линза в тридцать раз увеличила образ далёкой сверхновой

Порой для изучения далёких космических объектов мощности рукотворных телескопов не хватает. К счастью, природа сама подкидывает инструменты изучения Вселенной: в космосе существуют массивные тела и скопления тел, которые за счёт своей гравитации искривляют свет от расположенных за ними более далёких от Земли объектов, подобно линзам, и тем самым позволяют увеличить их образ. Эти естественные "телескопы" называются гравитационными линзами.

Команда исследователей во главе с Робертом Куимби (Robert Quimby) из Института физики и математики Вселенной имени Фреда Кавли объявила об открытии галактики, которая увеличивает фоновую сверхновую типа Ia в тридцать раз посредством такого гравитационного линзирования. Это открытие позволяет подробнее изучить свойства взрывающейся звезды, а также узнать больше об ускоряющемся расширении Вселенной.

Изучение сверхновых типа Ia напрямую сопряжено с пониманием таких уникальных явлений, как тёмная материя и тёмная энергия. Дело в том, что эти объекты имеют практически одинаковую светимость вне зависимости от того, где в пространстве-времени они располагаются. Это свойство позволяет астрономам использовать их в качестве "стандартных свечей" (объектов, светимость которых заранее известна) для измерения космологического расстояния, независимо от постоянного расширения Вселенной. К слову, именно сверхновые помогли открыть и подтвердить тот факт, что пространство-время расширяется с ускорением.

В 2010 году было установлено, что сверхновая PS1-10afx изменяет яркость с течением времени по моделям сверхновых типа Ia, но пик яркости оказывается к неё в 30 раз выше, чем демонстрируют теоретические расчёты. Как сообщается в пресс-релизе института, это открытие было сделано при помощи телескопа Pan-STARRS1, расположенного на Гавайях. Астрономы тогда даже подумали, что они могли открыть совершенно новый тип сверхновой, поскольку такая яркость не присуща типу Ia.

"Но мы нашли и другое объяснение увиденному. При прочих равных свойствах сверхновой типа Ia, только мощнейшая гравитационная линза могла настолько усилить светимость этого объекта. Если бы по пути от PS1-10afx к Земле лежала массивная галактика, это объяснило бы феноменальную яркость взрывающейся звезды", — рассказывает соавтор исследования Маркус Вернер (Marcus Werner).

В сентябре 2013 года команда Куимби начала активный поиск скрытых гравитационных линз. Используя спектрограф низкого разрешения на 10-метровом телескопе Кека на Гавайях, они провели 7 часов наблюдений за ближайшей к PS1-10afx области неба.

"После тщательного анализа сигналов мы, наконец, получили подтверждение. Прямо за очень яркой галактикой, скрывавшей почти всё, что лежало за ней, располагалась ещё одна массивная звёздная система. Эта вторая галактика была достаточно тусклой, чтобы оставаться незамеченной. Но наш анализ показал, что именно галактика с такими свойствами могла сыграть роль мощной гравитационной линзы", — поясняет соавтор исследования Ануприта Мор (Anupreeta More).

Исследователи поясняют в своей статье, опубликованной в журнале Science, что вследствие этого открытия большинство гравитационно линзированных сверхновых типа Iа, которые ещё только предстоит обнаружить, можно будет открывать только по цвету их излучения: чем выше красное смещение звезды, тем дальше она располагается относительно других сверхновых, не увеличенных гравитационной линзой. Новое понимание свойств гравитационных линз и сверхновых увеличивает шансы на обнаружение последних на порядок. В свою очередь, открытие сверхновых позволит лучше понять ускоряющееся расширение Вселенной.