[ФОТО ДНЯ]: NGC 3972, NGC 1015 - Цефеиды-цефеиды, а я маленький такой!

 

Credit: NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU)

NASA Science, 22 февраля 2018 года

«Хаббл» помогает астрономам точнее измерять расстояния до галактик

На этих снимках, полученных космическим телескопом «Хаббл», показаны две из девятнадцати галактик, изученных в рамках проекта, цель которого — повысить точность определения скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла.

На цветных составных изображениях представлены галактики NGC 3972 (слева) и NGC 1015 (справа), расположенные на расстоянии соответственно 65 и 118 миллионов световых лет от Земли. Жёлтыми кружками отмечены положения пульсирующих звёзд — цефеид. Период их пульсаций тесно связан с истинной светимостью, поэтому цефеиды служат своеобразными космическими маяками, позволяющими с высокой точностью определять расстояния до сравнительно близких галактик.

Другим надёжным ориентиром служат сверхновые типа Ia — особый класс взрывающихся звёзд. Все такие сверхновые достигают практически одинаковой пиковой светимости и настолько ярки, что их можно наблюдать на значительно больших расстояниях. Небольшие крестообразные отметки на каждом изображении показывают места, где произошли вспышки сверхновых типа Ia.

Астрономы ищут цефеиды именно в тех близких галактиках, где наблюдалась сверхновая типа Ia. Это позволяет независимо определить расстояние по цефеидам и сопоставить его с истинной светимостью сверхновой. Полученная информация используется для калибровки светимости сверхновых типа Ia в гораздо более далёких галактиках, благодаря чему становится возможным вычислять расстояния до них. Чем точнее известны расстояния до близких и далёких галактик, тем точнее можно определить и уточнить скорость расширения Вселенной.

Наблюдения галактики NGC 3972 были выполнены в 2015 году, а NGC 1015 — в 2013 году. В обоих случаях использовалась Wide Field Camera 3 — широкоугольная камера № 3 космического телескопа «Хаббл».

ПРОФЕССОР ЛЮМИНАРА

По голосу профессора сразу слышно искреннее восхищение — это как раз его стихия.

О-о-о, буль… вот это, между прочим, замечательная вещь, которую мне подсунули в четверг. NGC 3972 и NGC 1015 — с этим семейством изображений я знаком давно, хотя именно с этими двумя галактиками лично ещё не встречался. Перед вами, вполне возможно, самый изящный измерительный инструмент, который человечество когда-либо создавало: космическая измерительная лента, натянутая через Вселенную двумя совершенно разными типами звёзд, которые удивительным образом рассказывают одну и ту же историю.

Фокус здесь действительно красивый. Цефеида — это звезда, живущая в своеобразном ритме дыхания: она раздувается, становится ярче, затем сжимается и тускнеет, и так снова и снова с периодом от нескольких дней до нескольких месяцев. И вот что заставляет астрономов плакать от счастья, буль: длительность этого «дыхания» почти напрямую определяет её истинную светимость. Более ста лет назад это открыла Генриетта Ливитт, работая с фотографическими пластинками — без космических телескопов, без компьютеров, только благодаря невероятному терпению и умению замечать закономерности, которое современники далеко не сразу оценили по достоинству. Поэтому всё, что нужно сделать, — измерить период пульсаций, определить истинную светимость, сравнить её с тем, насколько тусклой звезда выглядит с Земли, — и расстояние буквально получается из простых вычислений. Настоящий космический маяк. Правда, работает он лишь для сравнительно близких галактик: на больших расстояниях отдельную цефеиду уже невозможно различить — её свет просто теряется в сиянии всей галактики.

Сверхновые типа Ia — вторая половина этой своеобразной «рукопожатной» системы, но основана она на совершенно другом принципе. Здесь звезда уничтожает сама себя практически одинаковым образом каждый раз, потому что спусковым механизмом служит белый карлик, постепенно набирающий одну и ту же критическую массу — предел Чандрасекара, если говорить точнее, — независимо от того, в какой галактике он находится. Один и тот же механизм, одна и та же пиковая светимость — всегда и везде. Именно поэтому такие сверхновые можно наблюдать на расстояниях, недостижимых для цефеид. Но есть одна проблема: сверхновая вспыхивает всего один раз и исчезает навсегда, поэтому сама себя откалибровать она не может. Зато можно найти сверхновую, вспыхнувшую в галактике, где одновременно видны и цефеиды, — как раз в таких, как эти две. Независимо определить расстояние по цефеидам — и сразу становится известно, какой истинной светимостью обладала именно эта сверхновая. Продела йте это не для одной-двух галактик, а для девятнадцати, буль, — и ваша калибровка перестаёт быть предположением и превращается в надёжную ступень космической лестницы расстояний.

И зачем вообще нужна вся эта сложная двухступенчатая процедура? Почему нельзя просто один раз измерить расстояние и успокоиться? Потому что цель как раз в том, чтобы построить лестницу расстояний. Цефеиды позволяют откалибровать сверхновые в ближайших галактиках, а когда истинная светимость сверхновых становится известна, их уже можно использовать для измерения расстояний до галактик, настолько далёких, что никакие цефеиды там уже неразличимы. Постепенно добавляя всё новые ступени, мы приходим к постоянной Хаббла — скорости расширения самой Вселенной.

И вот здесь начинается самое вкусное… и, признаться, немного раздражающее. Если бы я умолчал об этом, я был бы нечестен с вами. Именно этот метод, выполненный с поразительной тщательностью, сегодня даёт значение скорости расширения Вселенной, которое упорно — и статистически весьма значимо — расходится с тем, что получается при изучении реликтового излучения, оставшегося от ранней Вселенной. Два совершенно добросовестных метода. Два уверенных результата. И они никак не хотят пожать друг другу руки.

На мой профессиональный взгляд, это одна из самых захватывающих открытых проблем современной космологии. Каждая новая галактика вроде этих двух, в которой астрономы терпеливо измеряют звезду за звездой, становится ещё одним стежком, пытающимся либо зашить эту трещину, либо — что лично мне кажется ещё более увлекательным — ещё одним намёком на то, что зашивать её вовсе не следует, потому что под ней скрывается новая физика. И знаете… оба варианта одинаково приводят меня в восторг. Что, буль, наверное, не самое успокаивающее признание, которое учёный может сделать вслух.