Что скрывают 2087 сверхновых? Намеки на конец эпохи вечного расширения

Понадобилось около 50 вспышек сверхновых, чтобы перевернуть представления о строении Вселенной. В 1998 году команда исследователей, изучавших излучение от взрывающихся белых карликов типа Ia, сделала неожиданное заявление: космос не просто расширяется, а делает это всё быстрее. Это стало основой гипотезы тёмной энергии — загадочного механизма, ответственного за ускорение, — за открытие которого позднее присудили Нобелевскую премию.

С тех пор астрономы по всему миру зарегистрировали более 2000 подобных событий. Но привести весь этот массив к сопоставимому виду — непростая задача: инструменты и методики разнились, и без нормализации результаты трудно сравнивать между собой.

Чтобы устранить несоответствия и уточнить параметры космологических моделей, международная группа Supernova Cosmology Project (SCP) из национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Минэнерго США собрала крупнейший унифицированный каталог наблюдений вспышек типа Ia. Новый сборник получил название Union3.

В Union3 вошли сведения о 2087 объектах из 24 независимых исследований, охватывающих более 7 миллиардов лет эволюции космоса. Это более чем втрое превышает объём предыдущего релиза Union2 от 2010 года (557 источников). Чтобы привести всё к общему формату, специалисты проанализировали характер изменения светимости со временем — так называемую световую кривую, по которой можно определить истинную мощность вспышки и провести калибровку как будто условия наблюдений были одинаковыми.

Также учитывался спектральный сдвиг в красную сторону — показатель того, насколько растянулось излучение в результате расширения пространства. Благодаря предсказуемости характеристик таких вспышек их можно использовать в качестве «эталонных маяков» — как если бы определяли удалённость коридора по тому, насколько тускло светят идентичные лампы в конце.

Для статистической обработки использовали усовершенствованный байесовский иерархический алгоритм. Он позволяет работать с неполной информацией и учитывать возможные отклонения. В том числе удаётся корректно принять во внимание изменения пропускной способности телескопов — например, старение фильтров, что раньше было практически невозможно учесть.

Обновлённая схема анализа повысила надёжность расчётов и обеспечила основу для включения новых выборок. Уже в ближайшие месяцы планируется дополнить Union3 ещё тремя наборами: один из них содержит близкие по расстоянию вспышки, а два других — особенно удалённые, дающие возможность заглянуть глубже в прошлое космоса.

«Наша задача — заложить чёткий фундамент до того, как мы добавим сотни ближайших сверхновых. Именно в этом диапазоне откалиброванные значения пока вызывают наибольшие сомнения», — объяснил физик лаборатории Беркли Грег Олдеринг, также возглавляющий проект Nearby Supernova Factory. — «Теперь мы уверены в точности как никогда ранее и с нетерпением ждём, что покажут будущие измерения».

Неожиданно оказалось, что свойства тёмной энергии могут меняться во времени. Пока статистика недостаточно убедительна для твёрдых выводов, но независимые результаты, полученные с помощью Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), указывают в ту же сторону. Этот инструмент изучает структуру Вселенной через барионные акустические колебания — распределение скоплений галактик.

Похожий тренд выявили и в рамках проекта Dark Energy Survey (DES), также поддерживаемого Министерством энергетики США. Разные подходы, применённые в разных исследованиях, начинают демонстрировать схожую картину.

«Пока рано радоваться — преждевременный оптимизм мы стараемся сдерживать, ведь эти сигналы могут исчезнуть, как только появятся новые серии наблюдений», — говорит лауреат Нобелевской премии Соль Перлмуттер, один из авторов исследования. — «Но с другой стороны, все напряглись. То, что сразу два метода расходятся с моделью ΛCDM, — это действительно интригующе. Мы впервые приблизились к уровню точности, когда можно серьёзно обсуждать альтернативы».

ΛCDM — базовая модель современной космологии, где Λ (лямбда) обозначает неизменную тёмную энергию, а CDM — холодную тёмную материю. Согласно этой гипотезе, сила тёмной компоненты постоянна во времени. Но если она на самом деле снижается, как намекают результаты, это полностью меняет сценарий будущего: расширение может замедлиться, остановиться — или даже смениться сжатием.

«Тёмная энергия составляет почти 70% энергетического баланса Вселенной, и именно она отвечает за её разлёт. Если её влияние ослабевает, это может означать, что экспансия тоже начнёт терять темп», — пояснил профессор Гавайского университета Дэвид Рубин, первый автор статьи и участник проекта SCP. — «Останется ли космос бесконечно раздуваться, остановится или начнёт сжиматься — зависит от хрупкого равновесия между материей и этой силой».

Связка сверхновых с наблюдениями по барионным колебаниям подчёркивает ключевую роль лаборатории Беркли: именно здесь было сделано первое открытие ускоренного расширения, и здесь продолжается работа над всеми основными уточнениями. DESI — крупнейшая в мире космологическая коллаборация, также координируется из этой же структуры.

В ближайшие годы на смену текущим данным придут сотни тысяч новых наблюдений: от наземной обсерватории Веры Рубин и космического телескопа Nancy Grace Roman. Стандартизированная база, созданная SCP, позволит связать между собой измерения разных миссий, а совместно с картиной реликтового излучения и структурой скоплений, она приблизит нас к разгадке природы силы, управляющей судьбой всего космоса .