Вселенная — это динамическая система, находящаяся в состоянии непрерывного и ускоряющегося расширения. Более века назад ученые полагали, что космос вечен и неизменен. Однако открытие Эдвина Хаббла в 1920-х годах перевернуло эту картину: галактики разбегаются, а пространство между ними растягивается. Ключевым параметром, описывающим этот процесс, стала постоянная Хаббла — число, определяющее, насколько быстро увеличиваются расстояния в зависимости от удаленности объектов.
Но вот парадокс: чем точнее становятся наши инструменты, тем упрямее Вселенная отказывается дать однозначный ответ. Современная космология столкнулась с головоломкой, известной как «напряжение Хаббла» — раздражающим расхождением в измерениях. Один метод, основанный на древнем свете Большого взрыва (реликтовом излучении), дает значение около 67 километров в секунду на мегапарсек. Другой, использующий взрывы далеких звезд-«стандартных свечей», указывает на более быстрое расширение — около 73 км/с/Мпк. Это не просто погрешность; это намек на то, что в наших теориях, возможно, отсутствует какой-то фундаментальный кусочек пазла, будь то неизвестные свойства темной энергии, новая форма материи или что-то еще более экзотическое. Разрешение этого напряжения — одна из самых острых задач науки XXI века, и, как это часто бывает в астрономии, ответ может прийти с помощью древних звезд, чей свет был искривлен и усилен самой тканью пространства-времени.
Прорыв в этой многолетней загадке может быть связан с открытием двух уникальных сверхновых, получивших громкие имена Арес и Афина. Их исследование было представлено на 247-м заседании Американского астрономического общества научным сотрудником Института космических телескопов имени Хаббла Конором Ларисоном. Эти взорвавшиеся звезды стали объектами внимания программы VENUS (Обширное исследование зарождающихся, неисследованных источников), выполняемой космическим телескопом Джеймс Уэбб (JWST). Цель программы — глубокие наблюдения за 60 массивными скоплениями галактик, которые выступают в роли природных гигантских линз.
Именно эффект сильного гравитационного линзирования, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна, делает Арес и Афину бесценными. Масса скоплений галактик настолько велика, что искривляет пространство-время вокруг себя. Свет от далеких сверхновых, проходя сквозь эти области, искажается, усиливается и расщепляется, создавая несколько изображений одного и того же объекта на небе. Как отметил главный исследователь VENUS Сейджи Фуджимото, сильное линзирование превращает скопления в «самые мощные телескопы природы», позволяя видеть то, что иначе было бы невидимо.
Арес и Афина: хронометры расширения Вселенной
Сверхновая Арес (SN Ares) — особенно редкий гость. Она вспыхнула, когда Вселенной было всего около 4 миллиардов лет (сейчас ей около 13.8 млрд), и ее свет был бы слишком слаб для детального изучения без гравитационного усиления. Но уникальность Ареса и Афины заключается не только в их древности или яркости. Из-за геометрии искривления света разные изображения одной и той же сверхновой достигают Земли в разное время. Это временна́я задержка — ключ к измерению постоянной Хаббла.
Ученые, наблюдая за изменением яркости в первом изображении, могут с высокой точностью предсказать, когда та же фаза появится на втором, отставшем изображении. Разница между предсказанным и фактическим временем прихода этого сигнала напрямую зависит от скорости расширения Вселенной на пути света, то есть от постоянной Хаббла. Чем больше задержка, тем точнее можно произвести расчеты.
В случае с Афиной (SN Athena), взорвавшейся около 6.5 миллиардов лет назад, следующее изображение ожидается через 2-3 года. Это уже в ближайшей перспективе позволит получить независимую и точную оценку постоянной Хаббла. Как отметил научный сотрудник Джастин Пьерел, такое измерение крайне необходимо сейчас, чтобы понять, указывает ли «напряжение Хаббла» на новую физику или же на скрытые ошибки в существующих методах.
Но настоящим долгосрочным космическим экспериментом станет Арес. По расчетам, второе изображение этой сверхновой появится на небе лишь примерно через 60 лет. Эта беспрецедентно долгая задержка предоставит возможность для предсказательного теста невероятной точности. Астрономы сегодня, используя данные JWST, могут сделать детальный прогноз появления сверхновой в конце 2080-х годов. Проверка этого прогноза будущими поколениями ученых позволит измерить историю расширения Вселенной с минимальной погрешностью. «Это повторное появление позволит получить самые точные, одношаговые измерения космологии, которые нам когда-либо доводилось проводить», — подчеркнул Конор Ларисон.
Значение для будущего космологии
Открытие Ареса и Афины — это яркий пример астрономии временно́й области, где время становится ключевым измерением для исследований. Эти сверхновые — не просто далекие взрывы; они превращены гравитацией в природные часы, тиканье которых растянуто самой структурой космоса. Поскольку величина временно́й задержки зависит от всей истории расширения Вселенной на пути лучей света, она несет в себе отпечаток влияния темной энергии, загадочной силы, составляющей 70% содержимого космоса и ответственной за ускоренное расширение.
Через 60 лет наши вопросы о темной энергии, постоянной Хаббла и фундаментальной природе реальности, несомненно, изменятся. Но как отметил Конор Ларисон, сверхновая Арес, чей свет начал свой путь в юной Вселенной, продолжит служить науке, предлагая уникальный и чистый эксперимент. Возможно, именно ее терпеливое, десятилетиями ожидаемое второе появление станет тем самым арбитром, который разрешит сегодняшнее «напряжение Хаббла» и откроет дверь в новое понимание физики космоса.