Новости науки 22.05.01. Переоткрытая сверхновая SN 1997ff.

Обработка наблюдений космического телескопа Хаббл, проведенных в 1997 году, показала, что была открыта самая далекая из сверхновых, обозначенная SN 1997ff. Она относится к сверхновым типа Ia (SNIa) - термоядерным взрывам белых карликов. Это открытие дает новые веские аргументы в пользу модели "ускоряющейся Вселенной".

Мы уже писали в наших новостях в январе, что расстояние D сверхновых SNIa зависит от красного смещения z не так, как в простых моделях плоской Вселенной. Из наблюдений SNIa в 1998 году было обнаружено, что D(z) соответствует наличию значительной энергии вакуума (Лямбда-члену в уравнениях Эйнштейна, или другой форме энергии с отрицательным давлением). Если данные о SNIa истолкованы верно, то расширение Вселенной не тормозится гравитацией, как в простых моделях, а ускоряется. Чем дальше от нас сверхновая, тем больше отклонение от простых моделей. Поэтому важно находить сверхновые на больших расстояниях.

Недавно опубликованы в архиве astro-ph данные о рекордно далекой сверхновой, SN 1997ff, очень важные для установления правильной модели Вселенной. Наблюдения SN 1997ff обработаны группой американских астрофизиков - А.Рис (Adam Riess), П.Нуджент (Peter Nugent) и еще 12 сотрудников.

Красное смещение материнской галактики этой сверхновой примерно z=1.7, значит SN 1997ff вспыхнула примерно 11 млрд. лет тому назад, т.е. она значительно дальше от нас предыдущей рекордсменки - сверхновой на z=1.2, взорвавшейся 9.8 млрд. лет назад.

SN 1997ff открыли Р.Джиллиланд (Ron Gilliland) и М.Филлипс (Mark Phillips) в последнюю неделю декабря 1997 в ходе специального поиска на телескопе Хаббл . Они навели телескоп на хорошо изученную область глубокого обзора (Hubble Deep Field) и нашли пару хороших кандидатов в сверхновые. Совместно с Нуджентом они обработали свои наблюдения и в 1999 опубликовали работу ( astro-ph/9903229 ), в которой пришли к выводу, что SN 1997ff скорее всего была типа Ia с z>1.32. Однократные наблюдения в узком интервале длин волн видимого света не позволили определить красное смещение z точнее.

Сверху: Hubble Deep Field. Белый прямоугольник - область обнаружения SN 1997ff. Фото слева внизу: та же область в укрупненном масштабе. Стрелка указывает на слабую эллиптическую галактику, в которой и произошел взрыв этой звезды. Справа внизу: белая точка в центре - сама сверхновая. Photo: NASA, Adam Riess (Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD)

Видимый свет, излученный при больших z, смещается в инфракрасный диапазон. А с ним и ценная информация о спектре. Казалось, что такая информация никак уже не может быть получена.

Тут помог счастливый случай. Джиллиланд узнал, что 25 дней спустя после их наблюдений с Филлипсом, Р.Томсон (Rodger Thompson) начал изучать малую область того же глубокого обзора с помощью NICMOS'а - инструмента на телескопе Хаббла, который работает в ближнем инфракрасном диапазоне. Хотя Томсон и не искал сверхновых, случайно на многих из его изображений оказалась SN 1997ff и ее материнская галактика. При красном смещении z=1.7 время замедлено в 1+z=2.7 раза, т.е. в системе отсчета сверхновой прошло не 25, а всего лишь 9 суток, т.е. она все еще была достаточно яркой. На самом деле значение z у материнской галактики было определено очень плохо - галактика далеко, спектральных линий выявить не удалось, поэтому z оценивали только по цветам с ошибкой в десятки процентов. По цветам самой сверхновой удалось измерить z точнее.

Это измерение покоится на гипотезе, что SN 1997ff была типичной сверхновой Ia. Тогда наблюденные потоки в разных фильтрах можно подогнать к шаблонным кривым блеска известных близких сверхновых и получить, что SN 1997ff была открыта через 8 дней после взрыва, и что ее z=1.7.

Вывод об ускорении расширения Вселенной основан на том, что сверхновые с красным смещением z больше 0.5 (но меньше 1) оказываются более далекими от нас, чем они должны быть в космологических моделях, где гравитация обычного вещества тормозит расширение см. рис.

Зависимость модуля расстояния от z в разных моделях Вселенной. Для ускорения и нужна необычная форма энергии с отрицательным давлением - Темная Энергия (Dark Energy) - не путать с Темной Материей, обладающей неотрицательным давлением!

О расстоянии D(z) до сверхновых мы можем судить только по их блеску, и говорим, что сверхновые "более далеки" только потому, что их блеск ослаблен. Если бы свет сверхновых ослаблялся межгалактической пылью, то вывод об ускорении расширения Вселенной в настоящую эпоху оказался бы неверным.

Однако SN 1997ff так далеко от нас, что в момент ее взрыва галактики были почти в три раза ближе друг к другу, Вселенная была плотнее, тяготение обычного вещества сильнее, чем сейчас, и расширение тормозилось, а не ускорялось. Но в таком случае блеск сверхновой при z около 1.7 уже не должен быть ослаблен, как во Вселенной, заполненной пылью. Так оно и оказалось: модель с пылью не проходит, а модели Вселенной, на 2/3 заполненной Темной Энергией объясняет все наблюдательные факты.

Диаграмма, показывающая торможение расширяющейся молодой Вселенной, которое сменяется ускорением. Photo: Ann Feild (STScI)

Какие подводные камни могут повлиять на результаты?

Во-первых, какого типа была SN 1997ff? Поскольку материнская галактика - эллиптическая, т.е. в ней уже нет молодых массивных звезд, в ней могут взрываться только маломассивные термоядерные сверхновые типа Ia. С этим выводом надо согласиться. Однако нельзя гарантировать, что SN 1997ff не обладала какими-либо особенностями.

Во-вторых, на пути к нам свет от сверхновой 1997ff прошел мимо нескольких массивных галактик см. работы astro-ph/0104254, astro-ph/0105355. Эффект гравитационного линзирования этими галактиками мог заметно усилить блеск SN 1997ff и повлиять на все выводы.

Надо заключить, что сделано важное открытие, которое еще должно быть подкреплено дальнейшими наблюдениями далеких объектов.

перейти к началу страницы