Для Вселенной нашли новые стандартные свечи

Научиться определять расстояния до самых далеких объектов во Вселенной удалось группе астрофизиков университетов Варшавы и Неаполя. Как утверждают ученые, новый метод позволит лучше изучить структуру видимой части Вселенной, а главное – понять характер и причины ее ускоренного расширения. Помогли им в этом наблюдения за гамма-всплесками – масштабными космическими выбросами энергии взрывного характера. «Расстояние до взрыва мы можем определить на основе свойств излучения, сопровождающего гамма-всплеск. Учитывая, что некоторые из этих всплесков относятся к самым далеким объектам во Вселенной, нам впервые удалось оценить скорость расширения пространства-времени даже в самые ранние эпохи после Большого Взрыва», -- пояснил Марек Демьянски (Marek Demiański) из Университета Варшавы.

Разработанный метод позволит ученым проверять модели Вселенной, расширяющейся под воздействием темной энергии – наиболее загадочной субстанции в современной астрофизике. До последнего времени самым надежным методом измерений расстояний во Вселенной было наблюдение за сверхновыми типа Ia – так называемыми стандартными свечами. Такие сверхновые вспыхивают в двойных системах, состоящих из белых карликов и звезд небольшой массы.

Звезда, гравитационно связанная с белым карликом, начинает проливать на его поверхность свое вещество, заставляя его разогреваться и светить в рентгеновском диапазоне. Процесс длится до тех пор, пока масса белого карлика не превысит 1,44 массы Солнца (предел Чандрасекара). В этот момент он сжимается до зажигания термоядерных реакций, и происходит взрыв вселенского масштаба. Все подобные взрывы протекают с объектами одной массы, поэтому мощность, выделяемая при вспышках, примерно одинакова -- 10³⁶ ватт. Зная истинный блеск этих стандартных свечей, ученые с легкостью определяют расстояния до них.

Однако эти маяки годятся для определений расстояний лишь в ближней к нам части Вселенной - на большом удалении от Земли они становятся слишком тусклыми. Поэтому измерять расстояния и скорости разбегания Вселенной, а значит – понимать, как темная энергия влияет на ее расширение, нужно при помощи других объектов.

Темные силы

Согласно одной гипотезе, темная энергия является неотъемлемым свойством пространства, по другой гипотезе это проявление неизвестного скалярного поля. «Иными словами, происходит одно из двух: либо пространство-время расширяется само по себе, либо его расширяет физическое поле», -- пояснил Демьянски. Ответить на этот вопрос можно, измерив плотности темной энергии в различные периоды после Большого Взрыва. Если окажется, что плотность была постоянна во все эпохи, то расширение Вселенной – свойство пространства-времени. «В этом-то и проблема. Чтобы оценить изменения плотности темной энергии сразу после Большого Взрыва, нужно уметь измерять расстояния до очень далеких объектов. Таких далеких, что сверхновые Ia на таких расстояниях не видны», -- добавил ученый.

Древнейшие маяки

Исследователи обратили внимание на так называемые длинные гамма-всплески, наблюдаемые при коллапсе ядер массивных звезд в черную дыру. Гамма-излучение, возникающее при таких взрывах, настолько сильно, что даже объекты, излучившие его 400 млн лет спустя после Большого Взрыва, видны сегодня. Однако для того, чтобы использовать такие всплески, как маяки, ученым надо было научиться оценивать полную светимость разных гамма-всплесков. Для этого астрофизики исследовали уже известные всплески, наблюдавшиеся в галактиках, расстояния до которых они знают благодаря все тем же сверхновым Ia. «На этих примерах мы и сосредоточились. Мы знали расстояния до галактик и то, какая часть энергии достигала Земли. Так мы смогли откалибровать всплески, или, иными словами, посчитать полную энергию взрыва», -- пояснил Демьянски.

По словам ученых, сейчас главной проблемой для решения названных фундаментальных задач остается недостаточная статистика по гамма-всплескам. «Теперь нам остается ждать следующих космических фейерверков», -- добавил астроном.