Международная группа исследователей под руководством доктора Бренды Фрай из Университета Аризоны обнаружила редкую сверхновую типа Ia, получившую прозвище «Сверхновая H0pe», в галактическом скоплении PLCK G165.7+67.0 с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба.
Эта сверхновая, помимо того, что является одной из самых удаленных из когда-либо наблюдавшихся, обладает уникальной особенностью: она кажется втрое больше из-за эффекта гравитационного линзирования. Это явление, вызванное искажением пространства-времени скоплением галактик на переднем плане, позволило ученым наблюдать один и тот же звездный взрыв в три разных момента его эволюции.
Открытие было сделано в рамках программы PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionisation and Lensing Science) и предлагает новый независимый метод измерения постоянной Хаббла, то есть скорости расширения Вселенной. И это дало результаты, которые еще раз подтверждают наличие Хаббловского натяжения.
Напряжение Хаббла: космологическая загадка
Постоянная Хаббла, описывающая скорость расширения Вселенной, находится в центре научной дискуссии, известной как «хаббловское напряжение». Этот термин означает расхождение между значениями константы, измеренными разными методами.
С одной стороны, измерения, основанные на наблюдениях за локальной Вселенной, с использованием таких индикаторов расстояния, как цефеиды и сверхновые типа Ia, как правило, дают более высокое значение постоянной Хаббла. С другой стороны, оценки, основанные на наблюдениях за космическим фоновым излучением, которое дает нам представление о ранней Вселенной, указывают на более низкое значение.
Это несоответствие побудило астрономов искать новые, независимые и более точные методы измерения. Телескоп «Джеймс Уэбб» уже внес свой вклад в эти усилия, подтвердив предыдущие измерения телескопа «Хаббл», основанные на цефеидах и сверхновых типа Ia.
Однако напряженность сохраняется, что говорит о необходимости пересмотра наших космологических моделей или о том, что мы можем столкнуться с новой физикой, выходящей за рамки Стандартной модели.
Открытие Уэббом сверхновой H0pe
Сверхновая H0pe представляет собой новый подход к измерению постоянной Хаббла. Эта сверхновая типа Ia находится на расстоянии около 3,5 миллиарда световых лет от Земли и первоначально наблюдалась как три яркие точки на изображении скопления PLCK G165.7+67.0, полученном «Уэббом».
На снимке NIRCam, полученном с помощью телескопа «Джеймс Уэбб», видно скопление галактик PLCK G165.7+67.0, также известное как G165. Слева — эффект увеличения, который скопление на переднем плане может оказывать на далекую Вселенную с помощью явления гравитационного линзирования. Справа в увеличенной области видна сверхновая H0pe, увеличенная втрое благодаря эффекту линзирования.
Уникальность этого открытия заключается в эффекте гравитационного линзирования, который позволил получить три изображения одной и той же сверхновой. Это явление позволило исследователям наблюдать за взрывом в три разных момента его эволюции, поскольку свет проходил пути разной длины, чтобы достичь Земли.
Объединив временные задержки между изображениями, расстояние до сверхновой и свойства гравитационной линзы, команда смогла рассчитать новое значение постоянной Хаббла: 75,4 км в секунду на мегапарсек с погрешностью +8,1 и -5,5.
Этот результат был получен в результате тщательного процесса с участием семи независимых подгрупп, каждая из которых предоставила модели линзирования для описания распределения материи в скоплении галактик.
Значение постоянной Хаббла, полученное в результате наблюдения сверхновой H0pe, согласуется с результатами измерений в локальной Вселенной, но остается в противоречии со значениями, полученными в ранней Вселенной. Таким образом, этот результат не решает окончательно проблему хаббловского напряжения, хотя и предлагает новый независимый метод решения этой проблемы.
Но тогда есть или нет напряжение Хаббла?
Открытие сверхновой H0pe представляет собой лишь второй случай, когда этот метод был использован для измерения постоянной Хаббла, и первый — с использованием «стандартной свечи», такой как сверхновая типа Ia.
Последствия этого исследования заключаются, с одной стороны, в подтверждении надежности измерений в локальной Вселенной. С другой стороны, очевидная необходимость дальнейших исследований, чтобы понять расхождение со значениями в ранней Вселенной.
В августе прошлого года Венди Фридман и ее коллеги из Чикагского университета пролили новый свет на этот вопрос, предположив, что такого понятия, как хаббловское напряжение, может не существовать. В действительности, используя три независимых метода анализа данных по 10 соседним галактикам, команда получила значение скорости расширения, находящееся где-то между предыдущими оценками, что потенциально позволило примирить расхождения. Однако теперь вновь стало очевидно, что противоречия сохраняются.
Будущие наблюдения «Джеймса Уэбба» в рамках третьего цикла обещают уменьшить неопределенность, что позволит более точно определить постоянную Хаббла.
