Гравитационная линза показала четыре возраста одной сверхновой

Сверхновые типа la представляют собой результат взрыва белого карлика в двойных системах. Такой взрыв происходит в момент, когда масса белого карлика, стягивающего материю со звезды-компаньона, превышает предел Чандрасекара (1,44 массы Солнца). Интерес физиков к подобным объектам связан с тем, что последние выступают хорошим примером «стандартных свечей»: их светимость эффективно описывается существующими моделями и, как следствие, ученые могут с высокой точностью рассчитать до них расстояние. Кроме того, наблюдения за сверхновыми типа la помогают доказать расширение Вселенной.

Основным методом изучения небесных тел, удаленных от Земли на большие расстояния, является гравитационное линзирование. Он основан на эффекте, предсказанном общей теорией относительности: гравитация крупных объектов, таких как скопления галактик, искажают пространство таким образом, что свет, огибая их, отклоняется соответственно искажению. При условии, что такой объект находится на линии между наблюдателем и источником света, первый получает возможность зафиксировать значительно больше излучения, чем ожидаемое. Кроме того, зачастую гравитационная линза визуально размножает источник света.

Предполагается, что гравитационное линзирование повысит точность измерений в рамках анализа расширения Вселенной, поэтому астрономы целенаправленно ищут объекты типа la. Тем не менее, по статистике, лишь одна из 50 тысяч сверхновых располагается за гравитационной линзой, что сильно затрудняет исследования. Обнаруженные таким образом небесные тела в то же время нередко становятся источниками необычных наблюдений. Так, ранее ученые предсказали, что вспышка сверхновой SN Refsdal, которая наблюдалась в одном из изображений линзы, произойдет в другом спустя год, что впоследствии подтвердилось.

В новой статье астрофизики описали другой пример линзированной сверхновой. Объект, получивший название iPTF16geu, был обнаружен 5 сентября 2016 года в ходе автоматизированного обзора iPTF. Первоначально считалось, что тело относится к обычным сверхновым и находится в миллиарде световых лет от Земли, однако спектроскопические наблюдения показали, что расстояние до взрыва достигает четырех миллиардов световых лет и между ним и наблюдателями располагается массивная галактика.

Согласно данным космического телескопа «Хаббл» и обсерватории Кека, гравитационное линзирование позволяет наблюдать не одно, а четыре изображения взрыва. Дело в том, что из-за асимметричного расположения галактики свет сверхновой достигает телескопов с разной скоростью. Таким образом, снимки показывают статус сверхновой в четырех временных состояниях — разница между моментами может составлять 35 часов. Причем суммарное усиление излучения от iPTF16geu вследствие линзирования является уникальным — 50 крат.

Статья опубликована в журнале Science.

Ранее гравитационная линза помогла ученым найти наиболее типичную галактику эпохи реионизации. По предварительным расчетам, объект возник лишь спустя 700 миллионов лет после Большого взрыва.