Космологи придумали, как повысить точность измерения расстояний до сверхновых звёзд, снизив погрешность в два раза, до 3%. Результаты работы коллаборации Nearby Supernova Factory (SNfactory) позволят исследователям изучать тёмную энергию при помощи данных повышенной точности и чёткости, а также дадут отличный способ проверить измеренные космологические расстояния.

Кроме этого, новый метод будет активно использоваться в планируемых космологических экспериментах, где при помощи наземных и космических телескопов планируют проверить альтернативные гипотезы о природе тёмной энергии. Две работы учёных опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Тёмная энергия – это сила, заставляющая нашу Вселенную расширяться с ускорением. Её обнаружили в 1998 году, наблюдая как раз за сверхновыми типа Ia. С тех пор её реальность подтвердили во множестве независимых экспериментов, и во время изучения сверхновых. Известно, что она составляет порядка двух третей от всего энергетического наполнения Вселенной, однако о точной её природе пока идут споры.

Сверхновые типа Ia всегда взрываются, достигнув определённой яркости. Поскольку яркость падает с расстоянием по известному закону, расстояние до такой звезды можно измерить. Однако у этой яркости всё равно существуют колебания, ограничивающие точность измерения. Несмотря на то, что 20 лет подряд различные группы астрономов улучшали этот метод, колебания до сих пор ограничивали возможности изучения тёмной материи.

Раньше при измерении расстояний между сверхновыми не было уверенности в том, что их собственная яркость действительно совпадает. Теперь, после обнаружения «близнецов» среди сверхновых, уверенность учёных возросла, а погрешность измерений упала.

Текущий результат был получен по итогам многолетнего исследования, в котором учёные занимались исключительно увеличением точности космологических измерений, сделанных при помощи сверхновых. А чтобы проводить такие измерения, необходимо сравнивать яркость далёких сверхновых, расположенных в миллиардах световых лет от нас, с яркостью «близких», расположенных «всего» в 300 млн световых лет. Учёные следили за всеми подробностями жизни этих звёзд, и измеряли спектр каждой раз в несколько дней. Для этого использовался специальный инструмент, спектрограф для интегральных полевых наблюдений, установленный на телескопе диаметром 2,2 м на Гавайях.

По словам Сола Перлмуттера, лидера одной из команд, идея о том, что физика взрывов разных сверхновых одинакова, а значит, и их яркость должна быть одинаковой, появилась уже давно. И учёные смогли проверить её на практике, собирая данные в рамках описываемых исследований.

Изучая спектры многочисленных сверхновых, можно заметить, что у двух разных звёзд бывают очень похожие спектры. Среди полусотни звёзд можно было найти практически идентичных спектральных «близнецов». Этот анализ позволил построить модель поведения сверхновых в тот период времени, когда они достигают максимальной яркости.

Благодаря большому количеству данных в исследовании учёные смогли использовать машинное обучение для поиска закономерностей. В результате они обнаружили, что спектры сверхновых типа Ia различаются всего по трём показателям. При этом от них же зависит и собственная яркость этих звёзд. По итогам получилось, что расстояния до сверхновых можно измерять с погрешностью всего в 3%.

Новый метод также снимает опасения в том, что в галактиках разных типов свойства сверхновых могут отличаться, из-за чего измерения расстояний до далёких галактик могут дать неверные результаты.