Международные астрофизики разработали наиболее точную на текущий момент модель ультрафиолетового излучения сверхновых Ia, которые используются как «стандартные свечи» для определения расстояний во Вселенной. Тем не менее, в ходе исследования была обнаружена настораживающая закономерность: характеристики этих сверхновых в ультрафиолетовом спектре могут зависеть от возраста Вселенной. Данное открытие способно вызвать систематические погрешности при измерениях темной энергии в рамках будущих масштабных обзоров, например, LSST и космического телескопа «Роман».
Сверхновые типа Ia имеют важное значение для космологии благодаря своей стабильной максимальной светимости. Сопоставляя ее с наблюдаемой яркостью, астрономы определяют расстояние до галактик и изучают эволюцию расширения Вселенной. С появлением новых, более мощных телескопов, ученые получат возможность наблюдать сверхновые на беспрецедентных расстояниях, охватывая период ранней Вселенной. Для объектов, расположенных столь далеко, ультрафиолетовое излучение, исходящее от сверхновой, достигает нас уже в видимом спектре. Следовательно, точное представление о том, как сверхновая выглядит в ультрафиолетовом диапазоне, становится крайне необходимым.
Ранее у специалистов отсутствовали необходимые данные ультрафиолетового спектра для создания подобной модели. В рамках новой работы ученые применили архивные сведения, полученные космическим телескопом «Хаббл» (HST) за 25 лет. В ходе обработки было использовано 67 высококачественных ультрафиолетовых спектров, относящихся к 18 расположенным неподалеку сверхновым. На их основе была разработана новая модель, названная SALT3-UV.
Усовершенствованная модель демонстрирует заметные улучшения: неопределенность в ультрафиолетовой области спектра (ниже 2800 ангстрем) снизилась более чем в три раза. Теперь она точно отображает линии поглощения элементов и плавное снижение интенсивности на коротковолновом участке, что ранее вызывало трудности в предыдущих версиях.
Наибольшее удивление ученым преподнес анализ данных, разделенных на две категории: сверхновые, расположенные в ближайшей Вселенной (с красным смещением z < 0.1), и сверхновые, находящиеся дальше (z > 0.1). В результате было установлено, что усредненные ультрафиолетовые изображения этих двух групп отличаются друг от друга. Модель, созданная на основе данных о далеких сверхновых, демонстрирует более интенсивный ультрафиолетовый фон и более четкие спектральные линии.
Замеченные расхождения способны повлечь за собой значительные последствия. По мнению ученых, использование данных ультрафиолетового диапазона при анализе космологических объектов с большими красными смещениями, например, при наблюдениях в фильтре g для объектов на z > 0.3, может привести к систематической погрешности в оценке параметра уравнения состояния темной энергии (w) около 2%. Это существенное отклонение, сопоставимое с текущей степенью неточности, что критично для современных высокоточных измерений.
По мнению исследователей, эволюция звезд может быть связана с характеристиками их предшественников. В ранней Вселенной звезды обычно имели более низкое содержание тяжелых элементов. Это могло воздействовать на механизм взрыва и, соответственно, на интенсивность ультрафиолетового излучения, исходящего от сверхновой. Альтернативное объяснение – изменение с течением времени основного способа взрыва, такого как слияние двух белых карликов или аккреция вещества с близлежащей звезды).
Изучение указывает на необходимость осторожного подхода при использовании ультрафиолетовых данных, полученных от сверхновых типа Ia, для проведения наиболее точных космологических измерений. Для этого потребуется либо учитывать потенциальную эволюцию, либо отбрасывать подобные данные при анализе. Подтвердить или опровергнуть выявленную закономерность смогут будущие миссии, например, ультрафиолетовый спутник ULTRASAT, который планируется использовать для обнаружения сотен сверхновых в УФ-диапазоне, а также новые спектроскопические наблюдения объектов с большими красными смещениями. подчеркивает, что даже «стандартные свечи» могут нуждаться в поправках, когда мы смотрим на них сквозь толщу времени и пространства в новом свете.