Подпишитесь на "Элементы" в соцсетях!NEW 3-7 обновлений в день: новости, задачи, актуальные события, научно-популярные статьи, книжный клуб, ответы на детские вопросы. "Элементы" ВКонтакте "Элементы" в Фейсбуке "Элементы" в Твиттере

Сверхновая вспыхнула еще раз в назначенное время в назначенном месте

25.12.2015

Рис. 1. Фрагмент обзора скопления галактик MACS J1149.5+2223, полученный телескопом <<Хаббл>> в конце 2014 года. Голубым кружочком обозначено место, на котором 11 декабря 2015 года появилось предсказанное изображение сверхновой Рефсдаля. Красными кружочками обведены изображения этой сверхновой, обнаруженные в 2014 году. Фото с сайта spacetelescope.org

Год назад в далекой галактике была обнаружена сверхновая, свет от которой дошел до нас через так называемую гравитационную линзу (в роли которой выступило скопление галактик), которая учетверила изображение звезды, преобразовав его в <<крест Эйнштейна>>. Расчеты, основанные на моделях распределения массы в скоплении и на Общей теории относительности, предсказали, что часть света взорвавшейся звезды, отклонившись под действием гравитации, достигнет Земли примерно через год. Ученые уже з али, когда и где ждать нового появления этой сверхновой, -- и их предсказания подтвердились с впечатляющей точностью.

10 ноября 2014 года телескоп <<Хаббл>> зарегистрировал сверхновую, которая взорвалась 9,3 миллиарда лет назад (ее красное смещение z = 1,49). По пути к нам свет от нее прошел через крупное скопление галактик, MACS J1149.5+2223 (z = 0,54), и был усилен и искажен из-за эффекта гравитационного линзирования -- от лонения света под действием гравитации массивных тел. Линзой послужила самая большая из галактик скопления, и по счастливой случайности она породила сразу четыре изображения этой сверхновой. Такое явление называют крестом Эйнштейна -- в честь создателя Общей теории относительности (ОТО), предсказавшего и объяснившего эффект гравитационного линзирования.

Гравитационные линзы, подобно кривым зеркалам, могут создавать весьма причудливые изображения далеких источников: двойные, тройные, четверные изображения, арки, кольца и даже двойные кольца (см. Открыт редкий случай гравитационного линзирования -- двойное кольцо Эйнштейна, <<Элементы>>, 13.01.2008).

Это первый крест Эйнштейна, образованный сверхновой (классический крест Эйнштейна был получен от квазара). Астрономы давно надеялись на появление такой сверхновой, потому что множественные изображения объекта, который по космическим меркам быстро меняет свою яркость, позволяют очень точно определить гравитационный потенциал в линзе -- то  сть, грубо говоря, то, как вещество (пыль, газ, звезды) и темная материя распределены по скоплению. Дело в том, что кривые блеска сверхновых, то есть зависимость их светимости от времени, астрономами уже хорошо просчитаны. По динамике кривых блеска от каждого изображения -- а эти изменения происходят не синхронно, а с разницей в несколько дней, потому что свет, формирующий разные изображения, доходит до нас по путям разной длины, -- можно определить ход лучей в гравитационной линзе. А это уже дает возможность рассчитать гра витационный потенциал.

Сверхновая получила свое название в честь норвежского астрофизика Шура Рефсдаля (Sjur Refsdal), который занимался изучением гравитационного линзирования. Рефсдаль первым высказал предположение, что можно регистрировать задержки между разными изображениями одного далекого объекта и использовать это для решения научных задач. Он думал, что таким образом, в частности, можно уточнить космологические параметры. Однако для уточнения космологических параметров надо с высокой точностью установит распределение вещества в далеких скоплениях галактик, а астрономы такой точности пока не достигли. Наоборот, в обсуждаемой работе измеренные временные задержки и известные космологические параметры были использованы для расчета распределения гравитационного потенциала. Рефсдаль ждал появления подходящей сверхновой почти 50 лет, но так и не дождался: хотя за это время были обнаружены усиленные гравитационными линзами вспышки звезд, они не формировали нескольких отдельных изображений.

Спустя всего две недели после обнаружения сверхновой Рефсдаля японский ученый Масамуне Огури (Masamune Oguri) выпустил статью Predicted properties of multiple images of the strongly lensed supernova SN Refsdal, в которой предсказывал повторное появление сверхновой примерно через год. Огури предположил, что в роли линзы для сверхновой может выступать не только одна из галактик скопления, но и всё скопление сразу. Его расчеты показали, что в конце 2015 года на небе должно возникнуть еще од но изображение этой сверхновой. Огури также вычислил, что самый первый свет от сверхновой Рефсдаля должен был дойти до нас еще в 1997 году (то есть всего нам должно было быть видно шесть ее изображений: одно, самое раннее, в 1997 году, четыре в 2014 году и одно в 2015-м). Но, к сожалению, ни один телескоп, который мог бы зафиксировать первое появление сверхновой, не вел тогда наблюдений в этой области неба, и это предсказание Огури осталось неподтвержденным.

Таким образом, ученым представился уникальный шанс проверить свое понимание строения скоплений галактик, точность определения космологических констант и то, насколько хорошо ОТО описывает нашу Вселенную. Были сформированы несколько независимых групп, которые использовали свои собственные модели распределения массы в скоплении MACS J1149.5+2223 для расчета времени и места возможного повторного появления сверхновой. Одновременно с этим наземные телескопы получали спектральные изображения сверхновой и всех галактик этой облас ти космоса, чтобы максимально точно определить расстояния между ними и конфигурацию этого скопления. После коррекции первоначального предсказания Огури был уточнен временной интервал: сверхновая Рефсдаля должна снова появиться между 30 октября и концом декабря. Это было большой удачей, потому что до середины октября 2015 года возможная точка появления сверхновой должна была находиться слишком близко к Солнцу и телескоп <<Хаббл>> не мог бы на нее навестись.

С конца октября телескоп периодически делал снимки этого участка неба, пока наконец 11 декабря 2015 года не была зарегистрирована вспышка. Буквально через несколько дней группа астрофизиков во главе с Патриком Келли (Patrick L. Kelly) из Калифорнийского университета в Беркли выпустила статью Deja Vu All Over Again: The Reappearance of Supernova Refsdal с описанием наблюдения. На рис. 2 видно относительное расположение нового и прошлогодних изображений сверхновой.

Рис. 2. Вверху: снимок участка скопления галактик MACS J1149.5+2223, полученный телескопом <<Хаббл>> 11 апреля 2015 года. Индексами S1-S4 отмечены изображения сверхновой Рефсдаля. Внизу: снимок того же участка неба, сделанный 11 декабря 2015 года. Видно, что изображения S1-S4 потускнели (из-за того что максимум светимости сверхновой проходит достаточно быстро), но появилось новое, до этого момента отсутствовавшее изображение этой же сверхновой, обозначенное SX. Фотографии из обсуждаемой статьи

На рис. 3 две красные и зеленая окружности -- это области возможного появления сверхновой по результатам расчетов разных групп, а красный крест -- фактическое положение обнаруженной сверхновой. Мы видим, что были даны очень правдоподобные предсказания. Это особенно ценно, если учесть, что в своих расчетах ученые использовали константы, точность определения которых сильно зависит от космологических моделей. Например, изменение постоянной Ха ббла всего на 2% сдвигало предсказанное время обнаружения сверхновой на 10 дней.

Рис. 3. Увеличенный снимок места обнаружения сверхновой Рефсдаля в декабре 2015 года. Красными и зеленой окружностями выделены регионы, где появление вспышки предсказывали наиболее точные модели. Изображение из обсуждаемой статьи

Нет сомнений в том, что новое изображение сверхновой Рефсдаля, зарегистрированное 11 декабря, также будет тщательно изучено и позволит не только еще лучше понять распределение масс в конкретном скоплении галактик, но и уточнить модели, по которым это распределение рассчитывается. На основании полученных данных уже начата работа по пересмотру этих моделей. Но это уточнение деталей -- а в целом успешное предсказание повторного появления сверхновой в указанное время в указанном месте еще раз подтверждает, что вся совокуп ность теорий, моделей и методов современной астрофизики действительно работает. Символично, что этим триумфом астрофизической мысли отмечен год столетия Общей теории относительности (см. Столетие ОТО, или Юбилей Первой ноябрьской революции, <<Элементы>>, 25.11.2015).

Источник: Patrick L. Kelly et al. Deja Vu All Over Again: The Reappearance of Supernova Refsdal // Статья доступна как препринт arXiv:1512.04654 [astro-ph.CO].

Марат Мусин

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

24.12 Человек без зрительной коры способен связать звук и зрительный стимул

Кора больших полушарий нужна нам для того, чтобы устанавливать связи между информацией, поступающей через органы чувств. Однако новые исследования неврологических пациентов показывают, что ассоциативное обучение возможно и без нее. Так, человек, который лишился зрительной коры, может установить ассоциацию между кругом определённого цвета и размера и звуком определённой высоты и громкости -- и это при том, что сознательно он не воспринимает цвета, размеры и формы предметов.

22.12 Длинные плавники скатов -- результат добавления новой точки роста

Длинные грудные плавники скатов, обеспечивающие им образ жизни маневренного придонного пловца, -- пример крайне специализированных парных конечностей у позвоночных. У эмбрионов в зачатках этих необычных плавников работают те же классические организаторы развития, что и в зачатках парных конечностей у других позвоночных. Но вместе с тем у них обнаружился второй организатор деления клеток эмбрионального плавника, в котором работают не новые варианты генов, а хорошо известные факторы роста конечностей.

21.12 Различия между зарождающимися видами африканских цихлид записаны в <<геномных островках видообразования>>

В маленьком изолированном озере в Танзании, сформировавшемся 50 000 лет назад, обнаружены две формы цихлид из рода Astatotilapia, мелководная и глубоководная, находящиеся на ранней стадии симпатрического видообразования. Исследование геномов этих двух форм выявило десятки компактных <<островков видообразования>>, в которых сконцентрировано большинство различий между формами. Результаты изучения этой простой модельной системы помогут понять механизмы массового видообразования у цихлид в больших африканских озерах.< /p>

18.12 Сравнительная геномика вынуждает пересмотреть место гребневиков на эволюционном древе животных

Проведенные в 2013-2014 годах исследования полных геномов гребневиков привели ряд ученых к выводу, что эта ветвь многоклеточных животных является самой древней -- сестринской по отношению ко всем остальным животным без исключения. Однако сейчас другая группа исследователей заново обработала генетические данные и пришла к выводу, что самая древняя ветвь животных, вероятнее всего, губки.

16.12 Плохая пространственная память способствует изменам

Размер территории, по которой гуляет самец желтобрюхой полёвки, зависит от того, какой у него вариант гена вазопрессинового рецептора -- <<слабый>> или <<сильный>>. Всего несколько замен в последовательности этого гена меняют уровень его активности в областях мозга, связанных с пространственной памятью. Ученые полагают, что <<ветреные>> самцы полёвок, гуляющие по большим территориям и встречающие там чужих самок, просто плохо помнят, где им доставалось от других самцов.

15.12 Обнародованы первые результаты LHC Run 2

15 декабря в ЦЕРНе прошел традиционный предновогодний семинар, на котором была представлена первая порция серьезных результатов нового сеанса работы Большого адронного коллайдера. Две крупнейших коллаборации, CMS и ATLAS, рассказали в своих презентациях о самых интересных из полученных результатов, а ATLAS обнародовал также весь цикл предварительных результатов.

15.12 В отложениях раннего кембрия в Китае найдены ископаемые киноринхи

Киноринхи, приапулиды и лорициферы являются параллельной (сестринской) эволюционной группой по отношению к остальным линяющим животным. До настоящего времени были известны раннекембрийские виды приапулид и лорицифер. Но недавно китайскими палеонтологи нашли и описали ископаемых киноринхов. Это позволяет смело утверждать, что все типы линяющих животных, известных в современности, уже существовали в кембрийское время.

14.12 Отношение к нечестному разделу конфет по-разному меняется с возрастом у детей из разных стран

Изучение развития чувства справедливости у детей из семи стран показало, что в шести из семи популяций у детей рано появляется и быстро усиливается с возрастом склонность отвергать неравные и при этом невыгодные варианты раздела конфет, при которых другому ребенку достается больше (так называемая <<справедливость первого порядка>>). Однако <<справедливость второго порядка>>, то есть неприятие вариантов, когда другому достается меньше, была зарегистрирована только у детей из трех популяций, да и то лишь в относительн о позднем возрасте.

11.12 Большинство ультрамощных рентгеновских источников в галактиках -- обычные черные дыры

Последние три года были очень плодотворными для изучения астрономических объектов в рентгеновском диапазоне. В основном это связано с запуском рентгеновского телескопа NuSTAR, но кроме того, были обработаны данные телескопов предыдущих поколений. Из двух моделей возникновения ультрамощных рентгеновских источников -- оставшиеся в результате взрыва сверхновой черные дыры, окруженные плотным слоем пыли и газа, который падает на них в суперэддингтоновском режиме, или черные дыры промежуточной массы -- новые данные заст вляют склоняться склоняться к первой.