Новый метод измерения космических расстояний: гамма-всплески

Группа исследователей проанализировала архивные данные с нескольких телескопов, чтобы изучить кривые света гамма-лучевых всплесков. Анализ позволил им получить точную светимость и расстояние для каждой из них, впервые сделав их "стандартными свечами" для измерения расстояний в космосе.

В пространстве очень трудно воспринимать глубину, так как нет точек отсчета. Один из способов сделать это — искать так называемые стандартные свечи: небесные объекты, чья внутренняя яркость легко поддается физическому расчету. Сравнивая ее с тем, что реально наблюдается с Земли, можно определить расстояние между этим телом ("стандартной свечой") и другими объектами в той же области.

К сожалению, не существует стандартных свечей, достаточно ярких, чтобы их можно было наблюдать на расстоянии более 11 миллиардов световых лет. Недавно международная группа из 23 исследователей под руководством Марии Дайнотти, профессора Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), проанализировала архивные данные о мощных космических взрывах, вызванных гибелью звезд. При этом она нашла новый способ измерения расстояний в далекой Вселенной: взрывы гамма-лучей (GRB).

Световая кривая гамма-лучевых всплесков

GRB - это сильные всплески излучения в гамма-диапазоне волн, возникающие после гибели массивных звезд. Они достаточно яркие, чтобы служить в качестве стандартных свечей, но их яркость зависит от присущих взрыву характеристик.

Изучив структуру кривой блеска, показывающую, как GRB становятся ярче и тусклее с течением времени, команда исследователей выделила класс из 179 GRB, имеющих общие характеристики и, вероятно, вызванных схожими явлениями. Таким образом, они смогли рассчитать точную светимость и расстояние для каждого отдельного GRB, что может быть использовано в качестве космологического инструмента.

Как показано на рисунке ниже, исследователи сосредоточились на 179 GRB (отмечены красной точкой) с зоной, в которой яркость остается почти постоянной (так называемое "плато"), после некоторого снижения от начального пика излучения. Они исследовали связь между тремя параметрами: пиковой яркостью GRB, яркостью в конце плато и продолжительностью плато.

Проанализированные архивные данные получены в результате наблюдений в видимом свете 500 GRB, выполненных ведущими телескопами мира, такими как телескоп Субару. Большой оптико-инфракрасный телескоп, управляемый Национальной астрономической обсерваторией Японии и Национальными институтами естественных наук при поддержке проекта MEXT по продвижению великих рубежей науки, Субару расположен в Маунакеа, Гавайи.

Также используются наземные установки:

• Спутник НАСА Neil Gehrels Swift Observatory, часть программы MIDEX, запущенный на орбиту НОО в 2004 году. Swift обнаруживает и определяет местонахождение гамма-лучей из межзвездного пространства и осуществляет связь с телескопами на земле и в космосе.
• RATIR, инструмент, работающий в оптическом и инфракрасном диапазонах, установлен на телескопе Джонсона в Национальной астрономической обсерватории в Мексике. Разработанный для последующих наблюдений вспышек GRB, обнаруженных обсерваторией Swift Нила Герелса, RATIR также используется для других видов науки.

Вспышки гамма-лучей как стандартные свечи

Результаты, полученные командой Дайнотти, позволят по-новому взглянуть на механику изучаемого класса GRB. Кроме того, они обеспечат новую стандартную свечу для наблюдения за далекой Вселенной. В наблюдениях за GRB в рентгеновских лучах Дайнотти уже нашла полезные подсказки, но наблюдения в видимом свете оказались более точными в определении космологических параметров.