"Неправильные" космические взрывы грозят перевернуть наше представление о Вселенной

Представления учёных о тёмной энергии и скорости расширения Вселенной могут оказаться под вопросом из-за неожиданных особенностей космических катаклизмов. Речь идёт о вспышках сверхновых типа Ia, которые используются астрономами в качестве "измерительных линеек" для определения расстояний. Согласно новому исследованию, в далёком прошлом такие взрывы часто происходили иначе, чем сейчас.

Выводы учёных описаны в научной статье, принятой к публикации в издание Astrophysical Journal. Пока же можно ознакомиться с её препринтом.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, как астрономы измеряют расстояния. Ключевую роль в этом процессе играют сверхновые типа Ia – термоядерные взрывы белых карликов (мы объясняли, что это за объекты и как они образуются). Считается, что все подобные вспышки одинаковы по мощности, поэтому их используют в качестве "стандартных свечей". Зная энергию взрыва и измеряя его наблюдаемую светимость, исследователи вычисляют дистанцию до него.

Белый карлик взрывается из-за того, что набирает слишком много массы. Это может произойти, если он перетягивает на себя вещество другой звезды (как тут не вспомнить фразу Кролика: "А всё потому, что кто-то слишком много ест!"). Другой путь к гибели – столкновение и слияние двух белых карликов.

Взрыв происходит, когда масса звезды превышает так называемый предел Чандрасекара. Он составляет около 1,4 солнечной массы (более точное значение зависит от химического состава белого карлика).

Однако с 1980-х годов обсуждается другой сценарий. Расчёты показывают, что иногда взрыв возможен и до того, как звезда достигнет предельной массы. Сначала вспыхивает оболочка белого карлика, состоящая из "краденого" гелия, а затем детонирует ядро из углерода и кислорода.

У учёных до сих пор нет полной уверенности, что подобные "подчандрасекаровские" взрывы реальны. Дело в том, что пока не вполне ясно, как отличить их от обычных вспышек типа Ia. Этот вопрос активно исследуется теоретиками.

Такие вспышки, возможно, отличаются по мощности от классических сверхновых типа Ia. Перепутав взрывы разной природы, астрономы могут неправильно определить расстояния до них. Это внесло бы путаницу в измерения скорости расширения Вселенной, а потому и в исследования тёмной энергии.

"Сверхновые типа Ia очень полезны при расчёте таких вещей, как скорость расширения Вселенной. Мы постоянно используем их в космологии. Поэтому важно понимать, откуда они берутся, и определить свойства белых карликов, являющихся источником этих взрывов", – говорит первый автор нового исследования Ивэн Кирби (Evan Kirby) из Калифорнийского технологического института.

Можно ли узнать, насколько распространены "подчандрасекаровские" вспышки, не наблюдая их непосредственно? Да, такой способ есть.

Дело в том, что при взрывах сверхновых синтезируются различные металлы. В частности, именно вспышки типа Ia – основные "поставщики" железа, марганца, кобальта, никеля и некоторых других элементов. Точный состав продуктов катаклизма зависит от массы погибшего белого карлика.

Со временем разлетевшиеся "обломки" становятся частью звёзд следующего поколения. Изучая их химический состав, можно понять, насколько массивны были белые карлики, некогда взрывавшиеся в этой области космоса.

Именно так и поступила команда Кирби. С помощью телескопа Keck II астрономы изучили химический состав звёзд в нескольких древних галактиках, звездообразование в которых закончилось в первый миллиард лет жизни Вселенной. Обнаружилось, что в них мало никеля. После расчётов специалисты заключили, что большинство взрывавшихся в них белых карликов по массе примерно равнялись Солнцу, то есть имели массу ниже предела Чандрасекара.

В то же время в Млечном Пути и других галактиках, где продолжается образования звёзд, никеля больше. Это говорит о том, что в более поздние эпохи большинство взрывающихся белых карликов всё же достигли предельной массы.

"Мы обнаружили, что в ранней Вселенной белые карлики взрывались при более низких массах, чем в более поздние периоды жизни Вселенной, – заключает Кирби. – Пока неясно, что послужило причиной этого изменения".

Теперь авторы собираются проверить свои результаты, измеряя содержание в звёздах марганца. Оно ещё более чувствительно к массе взрывавшихся белых карликов, чем количество никеля.

Если выводы исследователей подтвердятся, учёным придётся осторожнее относиться к определению расстояний до самых далёких галактик (а как раз здесь сверхновые, заметные на огромных дистанциях, являются незаменимым инструментом). Похоже, астрофизикам предстоят новые расчёты, призванные выяснить, отличаются ли по мощности "подчандрасекаровские" взрывы от обычных, и если да, то насколько.

Впрочем, говорить, что под космологией зашатался трон, пока преждевременно. Даже если шкалы расстояний придётся пересмотреть (что ещё не доказано), это, возможно, только поможет найти ответ на некоторые мучительные загадки.

Кроме того, роль сверхновых типа Ia в космологических построениях велика, но космос всё же не сошёлся на них клином. В частности, есть многочисленные независимые подтверждения существования тёмной энергии.