(Некоторые сверхновые типа la образуются при столкновении двух белых карликов. У них может быть немного другая яркость, и об этом эффекте не стоит забывать при использовании сверхновых типа 1а в качестве стандартных свечей.)
Сегодня мы не сомневаемся, что во всем этом можно разобраться. Поэтому при обнаружении сверхновой типа 1а в далекой галактике мы можем изучить, насколько быстро уменьшается яркость в первые несколько дней. Таким образом нам удается довольно точно определить, какой была максимальная светимость, а потом сравнить с дошедшим до нас светом. Получается, с помощью простейшей математики можно рассчитать расстояние точно так же, как с цефеидами или факелами вдоль дороги.
Однако в сверхновых интересна не только их яркость. Еще можно наблюдать спектральные линии и, следовательно, красное смещение. Используя сверхновые в качестве стандартных свечей, можно сделать то же самое, что сделал Хаббл, когда открыл расширение Вселенной. Но сверхновые позволяют заглядывать гораздо дальше в космос, чем Хаббл со своими цефеидами вообще смел надеяться.
Таким образом, наблюдая далекие вспышки сверхновых, можно определить как расстояние (на основе яркости), так и степень расширения пространства с момента начала излучения света (через красное смещение). А еще, глядя на отдаленные объекты, мы заглядываем в прошлое. Чем дальше от нас сверхновая, тем более отдаленный период мы можем рассмотреть. Наблюдая за множеством сверхновых на различном расстоянии от Земли, мы словно создаем обратную временную шкалу истории Вселенной. Соответственно, мы можем измерить, как со временем меняется красное смещение. Значит, мы способны выяснить, насколько быстро Вселенная расширяется последние миллиарды лет. Взрывающиеся белые карлики становятся маяками, освещающими историю Вселенной. Помимо того, что вспышки сверхновых выполняют функцию стандартных свечей, остатки от взрывов можно считать одними из красивейших объектов во Вселенной. На рисунке вы увидите тысячелетние останки сверхновой звезды типа 1а, на которую весь мир мог любоваться в 1006 году нашей эры.
В 1006 году н. э. звездочеты со всего мира наблюдали за вспышкой сверхновой. В ходе исследований выяснилось, что, скорее всего, это сверхновая типа 1а. Так выглядят остатки взрыва сегодня. SN1006 (так называется эта сверхновая) находится в 7200 световых годах от нас, а точнее — в нашем галактическом райончике. На рисунке показаны наблюдения, сделанные с космической рентгеновской обсерватории «Чандра». Цвета изменены.
Открытие, потрясшее астрономический мир
Ежегодно в январе Американское астрономическое общество (American Astronomical Society) организовывает грандиозную конференцию. На таких встречах представляют многие новаторские результаты исследований. И конференция 1998 года не стала исключением. На ней объявили об открытии, которому суждено было перевернуть наш мир с ног на голову, а именно об открытии темной энергии.
Чуть менее чем за год до этого, в июле 1997 года, были представлены результаты исследовательского проекта Supernova Cosmology Project. Тогда еще без особых сенсаций. С 1988 года группа ученых под руководством Сола Перлмуттера занималась поиском далеких сверхновых. Они ставили перед собой цель описать историю расширения Вселенной, изучая взаимосвязь между красным смещением и яркостью от далеких сверхновых типа 1а. Однако вспышки сверхновых — явление не самое частое, поэтому для большей точности наблюдений ученые разработали методику, позволяющую сначала следить за обширными небесными пространствами, используя небольшой телескоп. А уже после обнаружения сверхновой маленьким телескопом можно было подключить к наблюдениям большой телескоп, использование которого обходилось недешево.
В статье 1997 года группа Перлмуттера представила наблюдения за семью далекими сверхновыми. Они также выяснили, из чего должна была состоять Вселенная, чтобы подтверждать эти наблюдения. Представленный результат соответствовал ожиданиям большинства современников. Наблюдаемые ими сверхновые свидетельствовали о том, что Вселенная наполнена обычным веществом и нет никакой потребности в добавлении странных ингредиентов, таких как темная энергия. В статье они даже пишут, что их результаты несовместимы со Вселенной, в которой преобладает темная энергия, но к собранию Американского астрономического общества шесть месяцев спустя все изменилось. Результаты, к которым теперь добавились несколько новых сверхновых, указывали на то, что Вселенная расширяется с увеличивающейся скоростью, Вселенная, в которой невероятно много отталкивающей гравитации.
Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисе руководили работой по наблюдениям сверхновых, рассказавших нам об ускоряющейся Вселенной.
Почему же всего за полгода выводы настолько изменились? А все потому, что было проанализировано большее количество сверхновых. В 1997 году ученые исследовали лишь семь сверхновых — не самая большая выборка, — а потому ошибка неудивительна. Одна из семи сверхновых выпадала из общей картины. Когда эту причуду сравнивали только с шестью другими сверхновыми, на странное поведение внимания не обратили. До конференции, состоявшейся в январе 1998 года, Перлмуттер и его коллеги проанализировали поведение 21 сверхновой. Странную сверхновую разоблачили, и результаты коренным образом изменились. Все указывало на ускоряющееся расширение Вселенной.
Схемы и числа буквально распирало от отталкивающей гравитации. К концу 1998 года группа Перлмуттера опубликовала статью, в которой они проанализировали целых 42 далекие сверхновые. Результаты остались неизменными: отталкивающая гравитация, похоже, никуда исчезать не собиралась.
Места для сомнений оставалось все меньше, ведь группа Перлмуттера была не одинока в своих исследованиях. На момент публикации результатов в январе 1998 года другая исследовательская группа уже работала над анализом наблюдений за сверхновыми. Группу возглавлял американский астроном Брайан Шмидт. Совместно с Адамом Риссом Шмидт и его группа провели точные наблюдения за различными сверхновыми звездами.
Хотя изучали они не те же самые вспышки, что и группа Перлмуттера, выводы тем не менее оказались практически идентичными: вспышки сверхновых свидетельствуют об ускоренном расширении Вселенной. Рисе, Шмидт и их коллеги представили свои заключения общественности в мае 1998 года. У статьи было на редкость понятное название: Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant («Данные наблюдений за сверхновыми подтверждают ускоренное расширение Вселенной и космологическую постоянную»). Что такое ускоряющаяся Вселенная, мы уже поняли, а скоро разберемся и с космологической постоянной.
Когда две независимые исследовательские группы, наблюдавшие разные объекты, приходят к одному и тому же революционному выводу, списать результаты на ошибку не так-то легко. К тому же они нашли решение нескольких упомянутых ранее проблем, таких как распределение галактик и возраст Вселенной. Конечно, выводы из наблюдений за вспышками сверхновых стали сюрпризом, но для многих сюрприз этот был долгожданным.
