Исследователи Уэбба обнаружили линзированную сверхновую, подтверждающую напряженность Хаббла

Изображение скопления галактик PLCK G165.7+67.0, также известного как G165, полученное с помощью NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) космического телескопа NASA Джеймса Уэбба, слева показывает эффект увеличения, который может оказывать скопление переднего плана на далекую вселенную за его пределами. Скопление переднего плана находится на расстоянии 3,6 миллиарда световых лет от Земли. Увеличенная область справа показывает сверхновую H0pe, изображенную трижды (отмеченную белыми пунктирными кругами) из-за гравитационного линзирования. На этом изображении синий цвет представляет свет на 0,9, 1,15 и 1,5 микрона (F090W + F115W + F150W), зеленый — 2,0 и 2,77 микрона (F200W + F277W), а красный — 3,56, 4,1 и 4,44 микрона (F356W + F410M + F444W). Автор: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Frye (University of Arizona), R. Windhorst (Arizona State University), S. Cohen (Arizona State University), J. D'Silva (University of Western Australia, Perth), A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute), J. Summers (Arizona State University).

Теперь исследователи используют независимый метод измерения для дальнейшего повышения точности постоянной Хаббла — гравитационно-линзированные сверхновые. Бренда Фрай из Университета Аризоны вместе с группой многих исследователей из разных институтов по всему миру возглавляет эту работу после открытия Уэббом трех точек света в направлении далекого и густонаселенного скопления галактик. Научный институт космического телескопа недавно пригласил доктора Фрая рассказать нам больше о том, что команда назвала Supernova H0pe, и о том, как эффекты гравитационного линзирования дают представление о постоянной Хаббла.

«Все началось с одного вопроса команды: «Что это за три точки, которых раньше не было? Может ли это быть сверхновой?» — сказала она. «Точки света, не видимые на снимках того же скопления, полученных телескопом Хаббл в 2015 году, были очевидны, когда изображения PLCK G165.7+67.0 прибыли на Землю из программы «Кластеры» гарантированных наблюдений основных внегалактических областей для науки о реионизации и линзировании (PEARLS) Уэбба. Команда отмечает, что этот вопрос первым пришел на ум не просто так: «Поле G165 было выбрано для этой программы из-за высокой скорости звездообразования — более 300 солнечных масс в год, что коррелирует с более высокой скоростью появления сверхновых».

«Первоначальный анализ подтвердил, что эти точки соответствуют взрывающейся звезде, обладающей редкими качествами. Во-первых, это сверхновая типа Ia, взрыв белого карлика. Этот тип сверхновой обычно называют «стандартной свечой», что означает, что сверхновая имеет известную собственную яркость. Во-вторых, она гравитационно линзирована.

«Гравитационное линзирование важно для этого эксперимента. Линза, состоящая из скопления галактик, расположенного между сверхновой и нами, преломляет свет сверхновой в несколько изображений. Это похоже на то, как тройное зеркало для туалетного столика представляет три разных изображения человека, сидящего перед ним. На изображении Уэбба это было продемонстрировано прямо на наших глазах, поскольку среднее изображение было перевернуто относительно двух других изображений, эффект «линзирования», предсказанный теорией.

«Чтобы получить три изображения, свет проходил по трем разным путям. Поскольку каждый путь имел разную длину, а свет двигался с одинаковой скоростью, сверхновая была запечатлена в этом наблюдении Уэбба в три разных момента времени во время ее взрыва. В аналогии с тройным зеркалом возникла временная задержка, при которой правое зеркало изображало человека, поднимающего расческу, левое зеркало показывало расчесываемые волосы, а среднее зеркало показывало человека, опускающего расческу.

«Тройные изображения сверхновых являются особенными: временные задержки, расстояние до сверхновой и свойства гравитационного линзирования дают значение постоянной Хаббла или H0 (произносится как H-ноль). Сверхновая была названа SN H0pe, поскольку она дает астрономам надежду лучше понять изменяющуюся скорость расширения Вселенной.

«В попытке более глубоко изучить SN H0pe команда PEARLS-Clusters написала предложение по дискреционному времени Уэбба (DDT), которое было оценено научными экспертами в двойном анонимном обзоре и рекомендовано Группой научной политики Уэбба для наблюдений DDT. Параллельно были получены данные на MMT, 6,5-метровом телескопе на горе Хопкинс и Большом бинокулярном телескопе на горе Грэхем, оба в Аризоне. Анализируя оба наблюдения, наша команда смогла подтвердить, что SN H0pe привязана к фоновой галактике, далеко позади скопления, которая существовала 3,5 миллиарда лет после Большого взрыва.

«SN H0pe — одна из самых далеких сверхновых типа Ia, наблюдавшихся на сегодняшний день. Другой член команды провел еще одно измерение временной задержки, проанализировав эволюцию ее света, рассеянного на составляющие ее цвета или «спектр» от Уэбба, подтвердив природу SN H0pe типа Ia.

«Семь подгрупп представили модели линз, описывающие двумерное распределение материи в скоплении галактик. Поскольку сверхновая типа Ia является стандартной свечой, каждая модель линзы была «оценена» по ее способности предсказывать временные задержки и яркости сверхновой относительно истинных измеренных значений.

«Чтобы избежать предвзятости, результаты были замаскированы от этих независимых групп и раскрыты друг другу в объявленный день и время «живого раскрытия». Команда сообщает значение постоянной Хаббла как 75,4 километра в секунду на мегапарсек, плюс 8,1 или минус 5,5. [Один парсек эквивалентен 3,26 световым годам расстояния.] Это всего лишь второе измерение постоянной Хаббла этим методом и первое с использованием стандартной свечи. Главный исследователь программы PEARLS заметил: «Это одно из великих открытий Уэбба, и оно ведет к лучшему пониманию этого фундаментального параметра нашей Вселенной».

«Результаты нашей команды впечатляют: значение постоянной Хаббла соответствует другим измерениям в локальной Вселенной и несколько противоречит значениям, полученным, когда Вселенная была молодой. Наблюдения Уэбба в третьем цикле улучшат неопределенности, что позволит установить более чувствительные ограничения на H0».

Источник: Space Telescope Science Institute