Новая модель сверхновых ставит под сомнение надежность «стандартных свечей» в ультрафиолете

Международная команда астрофизиков создала самую точную на сегодняшний день модель ультрафиолетового излучения сверхновых типа Ia, известных как «стандартные свечи» для измерения расстояний во Вселенной. Однако исследование выявило тревожную деталь: свойства этих сверхновых в ультрафиолетовом диапазоне могут меняться в зависимости от возраста Вселенной. Это открытие может привести к систематическим ошибкам в измерениях темной энергии в будущих грандиозных обзорах, таких как LSST и космический телескоп «Роман».

Сверхновые типа Ia играют ключевую роль в космологии, поскольку их пиковая яркость известна. Сравнивая ее с видимой яркостью, астрономы вычисляют расстояние до галактик и отслеживают историю расширения Вселенной. С запуском новых мощных телескопов ученые смогут наблюдать сверхновые на рекордных расстояниях, в эпоху молодой Вселенной. Для таких далеких объектов ультрафиолетовое излучение, испущенное сверхновой, «приходит» к нам уже в видимом диапазоне. Поэтому точная модель того, как выглядит сверхновая в ультрафиолете, становится критически важной.

До сих пор у ученых не хватало качественных ультрафиолетовых спектров для построения такой модели. В новой работе исследователи использовали архивные данные космического телескопа «Хаббл» (HST), собранные за 25 лет. Они обработали 67 высококачественных ультрафиолетовых спектров от 18 относительно близких сверхновых. На основе этих данных была обучена новая модель, получившая название SALT3-UV.

Новая модель показала значительный прогресс: неопределенность в ультрафиолетовой части (ниже 2800 ангстрем) уменьшилась более чем в три раза. Модель теперь корректно воспроизводит линии поглощения элементов и плавный спад спектра на коротких волнах, что было проблемой для предыдущих версий.

Однако главный сюрприз ждал ученых, когда они разделили данные на две группы: сверхновые из близкой Вселенной (красное смещение z < 0.1) и из более далекой (z > 0.1). Оказалось, что усредненные ультрафиолетовые «портреты» этих двух групп различаются. Модель, построенная на далеких сверхновых, показывает более яркий ультрафиолетовый континуум и более выраженные спектральные линии.

Эта разница может иметь серьезные последствия. Исследователи провели симуляции, показав, что если в будущих космологических анализах использовать данные, которые затрагивают ультрафиолетовый диапазон на больших красных смещениях (например, наблюдения в фильтре g для объектов на z > 0.3), это может привести к систематическому смещению в оценке параметра уравнения состояния темной энергии (w) примерно на 2%. Для современных высокоточных измерений это существенная величина, сравнимая с текущим уровнем неопределенности.

Ученые предполагают, что причина эволюции может крыться в свойствах звезд-предшественников. В молодой Вселенной звезды, как правило, содержали меньше тяжелых элементов (металлов). Это могло влиять на процессы взрыва и, как следствие, на ультрафиолетовое излучение сверхновой. Другая возможность — изменение со временем доминирующего канала взрыва (например, слияние двух белых карликов или перетягивание материала с соседней звезды).

Исследование предупреждает, что к использованию ультрафиолетовых данных сверхновых типа Ia для точнейших космологических измерений необходимо подходить с осторожностью. Потребуется либо калибровать возможную эволюцию, либо исключать такие данные из анализа. Подтвердить или опровергнуть эту тревожную тенденцию помогут будущие миссии, такие как ультрафиолетовый спутник ULTRASAT, который должен обнаружить сотни сверхновых в УФ-диапазоне, а также новые спектроскопические наблюдения на больших красных смещениях. Работа подчеркивает, что даже «стандартные свечи» могут нуждаться в поправках, когда мы смотрим на них сквозь толщу времени и пространства в новом свете.