Астрономы трижды увидели один и тот же звездный взрыв — и предсказывают четвертый через 16 лет

Огромная гравитация скопления далеких галактик заставляет пространство искривляться так сильно, что свет от них тоже искривляется и приходит к нам со многих сторон. Этот эффект «гравитационного линзирования» позволил астрономам из Копенгагенского университета наблюдать одну и ту же взрывающуюся звезду в трех разных местах на небе. Они предсказывают, что четвертое изображение той же сверхновой появится в небе к 2037 году. Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Astronomy, дает уникальную возможность исследовать не только саму сверхновую, но и расширение нашей Вселенной. 

Один из самых захватывающих аспектов знаменитой теории относительности Эйнштейна заключается в том, что гравитация больше описывается не как сила, а как «искривление» самого пространства. Искривление пространства, вызванное тяжелыми объектами, не только заставляет планеты вращаться вокруг звезд, но также может искривлять траекторию движения световых лучей.

Самые тяжелые из всех структур во Вселенной — скопления галактик, состоящие из сотен или тысяч галактик — может настолько сильно отклонять свет от далеких галактик, что кажется, что они находятся в совершенно другом месте, чем они есть на самом деле.

Но это не совсем так: свет может проходить по нескольким путям вокруг скопления галактик, что позволяет астрономам сделать два или более наблюдения одной и той же галактики в разных местах неба с помощью мощного телескопа.

Некоторые маршруты света вокруг скопления галактик длиннее других и, следовательно, занимают больше времени. Чем медленнее маршрут, тем сильнее гравитация; еще одно поразительное следствие теории относительности. Это влияет на количество времени, необходимое для того, чтобы свет достиг нас, и, следовательно, можно получить различные изображения объектов, которые мы видим.

Этот чудесный эффект позволил группе астрономов наблюдать одну галактику не менее чем в четырех разных местах на небе. Наблюдения проводились в инфракрасном диапазоне с помощью космического телескопа Хаббл.

Анализируя данные Хаббла, исследователи отметили три ярких источника света в фоновой галактике, которые были очевидны в предыдущей серии наблюдений в 2016 году, и которые исчезли, когда Хаббл повторно наблюдал эту область в 2019 году. Эти три источника оказались несколькими изображениями одной звезды, жизнь которой закончилась колоссальным взрывом, известным как сверхновая.

«Звезда взорвалась 10 миллиардов лет назад, задолго до образования нашего Солнца. Вспышка света от этого взрыва только что достигла нас», — объясняет Габриэль Браммер, который руководил исследованием.

Сверхновую по прозвищу «SN-Requiem» можно увидеть на трех из четырех «зеркальных изображений» галактики. Каждое изображение представляет собой разный взгляд на развитие сверхновой звезды. На последних двух изображениях она еще не взорвалась. Но, исследуя, как галактики распределены в скоплении галактик и как эти изображения искажаются искривленным пространством, на самом деле можно вычислить, насколько эти изображения «запаздывают».

Это позволило астрономам сделать замечательное предсказание: «Четвертое изображение галактики отстает примерно на 21 год, что должно позволить нам увидеть взрыв сверхновой еще раз, примерно в 2037 году», — объясняет Габриэль Браммер.

Если мы станем свидетелями взрыва SN-Requiem в 2037 году, это не только подтвердит наше понимание гравитации, но и поможет пролить свет на другую космологическую загадку, возникшую в последние несколько лет, а именно на расширение нашей Вселенной.

Мы знаем, что Вселенная расширяется, и что различные методы позволяют нам измерить, насколько быстро это происходит. Проблема в том, что разные методы измерения дают разные результаты, даже если принять во внимание погрешности измерения. Могут ли наши методы наблюдений быть ошибочными, или, что более интересно, нам нужно будет пересмотреть наше понимание фундаментальной физики и космологии?

«Понимание структуры Вселенной станет главным приоритетом для основных наземных обсерваторий и международных космических организаций в течение следующего десятилетия. Запланированные на будущее исследования охватят большую часть неба и, как ожидается, выявят десятки или даже сотни редких гравитационных линз со сверхновыми, такими как SN Requiem», — уточняет Габриэль Браммер.

«Точные измерения задержек от таких источников обеспечат уникальные и надежные определения космического расширения и могут даже помочь выявить свойства темной материи и темной энергии».

Темная материя и темная энергия — это таинственная материя, которая, как считается, составляет 95% нашей Вселенной, тогда как мы можем видеть только 5%. Поэтому перспективы гравитационных линз многообещающие.

Исследование было опубликовано в Nature Astronomy.