Уметнички приказ на набљудувањето на далечните супернови преку гравитациски телескоп. Галактичкото јато (во средината) со својата маса, служи како леќа со тоа што ја искривува и зголемува светлината која доаѓа до нас од суперновата која се наоѓа во галаксијата позади јатото. Credit: Маеде Мохамадпур Мир.
Еднаш во отприлика сто години, супернова ќе експлодира во некоја галаксија и после неколку недели нејзиниот сјај ќе замре. Суперновите се многу ретки феномени во Вселената и поради нивната минлива природа, астрономите тешко ги наоѓале во минатото. Пред 30 години се откривале околу две супернови месечно. Денес, ние наоѓаме супернови секојдневно. Но, овие супернови се наоѓаат типично на околу милијарда светлински години, а тие уште подалечните сè уште се во ограничен број.
Суперновите се едни од најсветлите експлозии кои постојат, па затоа и можеме да ги видиме со нашите телескопи на тие неверојатни растојанија. Како споредба, доволно е да помислиме дека нашиот сосед галаксија Андромеда, се наоѓа на „само“ 2.5 милиони светлински години. Сепак, ако имаме за задача да измериме колкава е стапката на супернови кои експлодираат во далечната Вселена, тоа нема да биде лесно. На растојанија поголеми од четири милијарди светлосни години, суперновите тешко се наоѓаат, едноставно затоа што нивната светлина станува премногу слаба кога стигнува до нас. Ова е особено проблематично за проучувањето на стапката на супернова експлозиите кои се последица од смртта на масивните ѕвезди. Овој тип на супернови во просек се побледи и често се наоѓаат во средини каде што светлината е апсорбирана од прашина. Исто така, поради ширењето на Вселената, светлината од оддалечените објекти се поместува на подолги бранови должини. Од Земјата, телескопски набљудувања во блискиот инфрацрвен дел од спектарот претставуваат предизвик, бидејќи атмосферата е многу светла и променлива во овој дел од спектарот.
Мерењето на стапката на супернова експлозии, особено при големи растојанија, е важно поради неколку причини. На пример, дел од суперновите се производ од смртта на масивните ѕвезди, па нивната стапка може да се користи за да се трага по историјата на формирање на ѕвезди во галаксиите. Исто така, суперновите се главните производители на метали во Вселената, па мерење на стапката на суперновите ни кажува за за хемиското збогатување на галаксиите со текот на времето.
Како да откриеме супер-далечни супернови од Земјата кога сме ограничени со сегашната генерација на телескопи? А не сакаме да чекаме поголеми телескопи да станат оперативни за да погледнеме кон супернови во раниот Универзум. Оваа граница може да биде проширена со мала помош од гравитацијата, со користење на т.н. гравитациски телескопи. Гравитациски телескопи, што е пак тоа? Галактичките јата се најмасовните гравитационо врзани објекти во Универзумот. Како што е предвидено од страна на општата релативност на Ајнштајн, масивните објекти во Универзумот како галактичките јата, го искривуваат простор-времето, па светлината што доаѓа од позадинските објекти ќе патува по различна линија. На тој начин, позадинскиот објект ќе ни изгледа на нам зголемен, па и способноста да се најдат подалечни супернови е зголемена. Иако Фриц Цвики ја предложил идеата за употреба на гравитациони телескопи пред речиси 80 години, систематски пребарувања на супернови во јата на галаксии почнаа да се изведуваат дури неодамна. Супернова-групата во Стокхолм, предводена од професорот Ариел Губар беше првата која ја истражи можноста во 2003 година за да се спроведе ова со телескопи од Земјата.
Галактичкото јато Абел 1689 каде што е покажана позицијата на откриените супернови. Црвените контури ги претставуваат зголемувањата од страна на јатото. Подготвено од страна на Раман Аманула.
Како продолжение на овој напор, во текот на 2008-2014 година во триесетина нафати, ние го набљудувавме јатото на галаксии Абел 1689, кое е еден од најмоќните гравитациони телескопи што природата ги нуди. Го користевме инфрацрвениот инструмент на Very Large Telescope во Чиле, со поддршка на оптички податоци од Nordic Optic Telescope на Ла Палма. Нашата студија резултираше со откривање на пет многу далечни и зголемени супернови. Резултатите од овој труд неодамна беа претставени во списанието Astronomy & Astrophysics. Имено, откривме супернова оддалечена 10 милијарди години, чиј сјај е зголемен за четири пати од ефектите на галактичко јато, што ја прави една од најдалечните супернови што некогаш е откриена. Користејќи ги овие откритија, ние ја измеривме стапката на супернова експлозиите до времето кога Универзумот бил само две милијарди години стар. Други астрономи кои досега биле во можност да откријат супернови во овие растојанија го користеле вселенскиот телескоп Хабл со многу подолги програми.
Гледајќи во ова галактичко јато во овој долг период, исто така нуди шанса за откривање на супернови кои потекнуваат од галаксиите кои се членови на јатото. Во галактичкото јато доминираат галаксии каде што ѕвездите не се раѓаат повеќе, така што нема супернови од масивните ѕвезди, туку само т.н. термонуклеарни или супернови од типот Ia. Ние откривме две од ваков вид во Абел 1689 што ни овозможи да ја процениме стапката на супернова експлозии во јатото.
Поглед од Nordic Optical Telescope, каде што можат да се забележат 10-метарскиот Gran Telescopio Canarias (десно) и 3.6-метарскиот Telescopio Nazionale Galileo (лево). Иако на Ла Палма на морското ниво температурата е речиси константна низ цела година (околу 20-тина степени), горе на планината на 2200 метри каде што се наоѓаат многубројните телескопи, знае и да заврне снег.
Уште една последица од теоријата на Ајнштајн е дека под дејството на силна гравитациска леќа, како онаа од галактичките јата, може да се создадат повеќе слики на истата позадинска галаксија. Ако супернова експлодира во една од овие галаксии со мулти-слики, нејзините слики ќе се појават со одредени временски одложувања една во однос на друга. Ова се должи на фактот дека светлината од секоја слика мора да патува по поинаков пат. Интересно е што овие временски одложувања зависат од Хабловата константа, односно од начинот на кој нашиот Универзум се шири. Со оглед тоа дека веројатноста дека супернова ќе експлодира баш во тие галаксии со мулти-слики и дека нашето време за набљудување на програмата беше скромна, ние не откривме ниту еден ваков настан. Сепак, во овој труд, ние го проценивме бројот на ваков тип на настани кои може да се очекува да бидат откриени од претстојните супернова-програми. Од телескопите LSST, а особено WFIRST, може да се очекува да детектираат десетици суперновите со мулти-слики што ќе овозможи мерење на временските одложувања, со големи последици за космологијата.
Трудот во списанието Astronomy and Astrophysics: http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628925
Препринт од манускриптот: http://arxiv.org/pdf/1607.01617.pdf
Тања Петрушевска
***
Белешка за авторката: Тања Петрушевска добива огромен интерес за астрономијата кога почнува средно образование, па во 1999 година станува член на Скопското астрономско друштво. Додипломските студии по астрономија ги заврши на Универзитетот во Болоња, а постдипломските на Универзитетот во Трст, каде што магистерската тема на истражување ѝ беа систематските ефекти на вселенскиот телескоп Планк. Тековно завршува докторат по физика на Универзитетот во Стокхолм каде што се бави со супернови. Освен тоа што се бави со истражување, таа работи на Универзитетот во Стокхолм како асистент и учествува во проект за популаризацијата на физиката кај младите.
Тања Петрушевска при набљудување со Nordic Optical Telescope кој се наоѓа на Ла Палма, на Канарските Острови.
