SN Winny: гравитационное линзирование множит изображения сверхновой

Скорость расширения нашей Вселенной, известная как постоянная Хаббла, остается одним из самых значимых споров в современной физике, создавая расхождение, которое бросает вызов стандартной модели космологии. Исследовательская группа из Технического университета Мюнхена (TUM), Университета Людвига-Максимилиана (LMU) и Институтов Макса Планка (MPA и MPE) идентифицировала редкое небесное событие, которое может, наконец, разрешить этот конфликт. В августе 2025 года астрономы открыли SN 2025wny, получившую прозвище SN Winny, — гиперяркую сверхновую, свет которой был разделен на пять отдельных изображений гравитационной линзой. Это уникальное выравнивание обеспечивает независимый одноэтапный инструмент для измерения космических расстояний и расчета скорости расширения с беспрецедентной точностью.

Что такое хаббловское напряжение?

Под хаббловским напряжением понимается существенное разногласие между двумя основными методами, используемыми для расчета скорости расширения Вселенной. Один метод измеряет «локальную» Вселенную с помощью лестницы космических расстояний, в то время как другой анализирует космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) ранней Вселенной. Несмотря на высокую точность обоих подходов, результаты не совпадают, что позволяет предположить, что наше фундаментальное понимание физики или темной энергии может быть неполным. Разрешение этого напряжения имеет решающее значение, поскольку постоянная Хаббла определяет возраст, размер и конечную судьбу космоса.

Традиционные измерения часто полагаются на сложные этапы калибровки. Локальный метод использует «стандартные свечи», такие как определенные типы звезд или сверхновых, для оценки расстояний. Однако, поскольку каждый шаг в лестнице космических расстояний зависит от точности предыдущего, небольшие систематические ошибки могут накапливаться. Напротив, метод реликтового излучения опирается на модели того, как Вселенная эволюционировала на протяжении миллиардов лет. Если эти модели содержат даже незначительные неточности в отношении поведения темной энергии или материи, расчетная скорость расширения будет искажена. SN Winny предлагает способ обойти эти проблемы с помощью прямого геометрического измерения.

Как гравитационное линзирование создает несколько изображений сверхновой?

Гравитационное линзирование создает несколько изображений сверхновой, когда массивная галактика на переднем плане или скопление галактик изгибает и увеличивает свет сверхновой, направляя его по разным путям. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация искривляет ткань пространства-времени; когда свет от SN Winny проделал путь в 10 миллиардов световых лет к Земле, он встретил две галактики на переднем плане. Это массивное выравнивание сработало как естественное космическое увеличительное стекло, разделив свет на пять различных путей разной длины, в результате чего в ночном небе появились пять голубоватых копий одной и той же взрывающейся звезды.

Геометрия этой конкретной системы линз исключительно «чистая», что отличает ее от предыдущих открытий. «До сих пор большинство линзированных сверхновых были увеличены массивными скоплениями галактик, распределение массы в которых сложно и трудно поддается моделированию», — объясняет Allan Schweinfurth, исследователь из TUM. Поскольку SN Winny линзируется всего двумя отдельными галактиками с плавным распределением массы, команда может смоделировать систему с высокой точностью. Эта простота снижает неопределенность в том, насколько сильно был изогнут свет, обеспечивая более четкую «карту» пути, который свет прошел до Большого бинокулярного телескопа в Аризоне.

Почему открытие SN 2025wny (SN Winny) так уникально?

SN 2025wny исключительно редкая, потому что это гиперяркая сверхновая, идеально выровненная с гравитационной линзой при высоком красном смещении z = 2. Математическая вероятность того, что сверхновая окажется так точно расположена за линзой на переднем плане, чтобы создать пять отдельных изображений, меньше одного на миллион. Это открытие стало результатом целевого шестилетнего поиска, проведенного SN Winny Research Group, которая составила список перспективных гравитационных линз до того, как событие наконец произошло в августе 2025 года.

Редкость усугубляется самой природой звезды. SN Winny — это гиперяркая сверхновая, что означает, что она намного ярче типичных звездных взрывов. Эта экстремальная яркость позволила Большому бинокулярному телескопу на горе Грэм получить цветные изображения системы с высоким разрешением, несмотря на то, что она находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет. Sherry Suyu, адъюнкт-профессор наблюдательной космологии в TUM и научный сотрудник Института астрофизики Макса Планка, отметила, что это событие является ключевой вехой для наблюдательной космологии, поскольку ранее предпринималось лишь несколько подобных попыток линзированных измерений.

Как временные задержки в линзированных сверхновых помогают измерить скорость расширения Вселенной?

Временные задержки в линзированных сверхновых позволяют измерить скорость расширения Вселенной, поскольку каждое из пяти изображений проходит путь разной длины, чтобы достичь Земли. Хотя сверхновая — это однократное событие, изображения появляются не одновременно; вместо этого они «вспыхивают» в разное время. Измеряя конкретную временную задержку между этими появлениями и объединяя эти данные с известной массой линзирующих галактик, астрономы могут напрямую рассчитать постоянную Хаббла, не нуждаясь в многоступенчатой лестнице космических расстояний.

Этот «одноэтапный» подход отстаивает Stefan Taubenberger, ведущий автор исследования по идентификации, опубликованного в Astronomy & Astrophysics. Поскольку метод опирается на иную физику и меньшее количество допущений, чем предыдущие методы, он служит решающим аргументом в споре о хаббловском напряжении. Leon Ecker и Allan Schweinfurth построили первые модели распределения массы для линзы, подтвердив, что галактики еще не столкнулись, что сохраняет регулярность путей света. Именно эта регулярность позволяет с высокой точностью рассчитать, как быстро растягивается пространство между галактиками.

Каково значение наблюдений на Большом бинокулярном телескопе?

Большой бинокулярный телескоп (LBT) в Аризоне сыграл ключевую роль в этом открытии, предоставив первые цветные изображения системы SN Winny с высоким разрешением. Используя два зеркала диаметром 8,4 метра и передовую систему адаптивной оптики, телескоп скорректировал атмосферное размытие, чтобы показать две галактики в теплых тонах на переднем плане и пять голубоватых копий сверхновой. Эти наблюдения имеют важное значение для определения точного положения изображений, которые используются для расчета гравитационного потенциала линзы.

• Инструмент: Большой бинокулярный телескоп, Маунт-Грэм, Аризона.
• Технология: Двойные 8,4-метровые зеркала с адаптивной оптикой.
• Результаты: Пять отдельных изображений одной сверхновой при красном смещении z = 2.
• Институты: Коллаборация с участием исследователей из MPE, LMU и TUM.

Значение для будущего космологии

Данные SN Winny потенциально могут подтвердить отклонение от стандартной модели космологии. Если скорость расширения, рассчитанная на основе этой линзированной сверхновой, совпадет с локальными измерениями, а не с данными по ранней Вселенной, это может указывать на то, что темная энергия эволюционирует со временем или что для объяснения роста Вселенной требуется новая физика. Это заставило бы ученых кардинально пересмотреть «космический рецепт» материи и энергии, управляющий нашей Вселенной.

Кроме того, успех исследовательского проекта HOLISMOKES (Highly Optimised Lensing Investigations of Supernovae, Microlensing Objects, and Kinematics of Ellipticals and Spirals) подготавливает почву для будущих обсерваторий. Ожидается, что Обсерватория имени Веры Рубин и космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) обнаружат сотни линзированных сверхновых в ближайшее десятилетие. SN Winny служит золотым стандартом того, как эти будущие открытия будут моделироваться и анализироваться для разгадки тайны постоянной Хаббла.

Что ждет SN Winny и космологические исследования в будущем?

В настоящее время астрономы всего мира проводят последующие наблюдения за SN Winny, используя как наземные, так и космические ресурсы. Ближайшая цель — уточнить измерения временной задержки по мере того, как сверхновая будет угасать, обеспечив максимально возможную точность расчета постоянной Хаббла. Эти результаты, поддержанные кластером передовых исследований ORIGINS и Обществом Макса Планка, вероятно, станут краеугольным камнем космологических дискуссий на долгие годы.

Пока научное сообщество ожидает окончательных цифр расширения, открытие SN Winny доказывает, что «космические фейерверки» — это больше, чем просто визуальное зрелище; это точные математические инструменты. Превратив путешествие длиной в 10 миллиардов световых лет в геометрическую линейку, исследователи стали как никогда близки к пониманию фундаментального предела скорости нашей расширяющейся Вселенной. Переход от шестилетнего поиска к новаторскому измерению подчеркивает силу международного сотрудничества в наблюдательной космологии.