Международная группа астрономов обнаружила сверхновую Ia типа, «учетверенную» гравитационной линзой. Это первый подобный объект, обнаруженный целенаправленно. iPTF16geu располагается в четырех миллиардах световых лет и, благодаря линзированию, ее свет усилен в 50 раз.

Так как свет от сверхновой огибает линзу по траекториям разной длины, то четыре изображения, наблюдаемые телескопами, показывают каким был объект в разные моменты времени. Исследование опубликовано в журнале Science, также описание сверхновой размещено на сервере препринтов arXiv.org.

Взрыв сверхновых Ia типа происходит следующим образом. Это двойные системы, в которых белый карлик стягивает материю со звезды-компаньона. Как только масса белого карлика превышает предел Чандрасекара, 1,44 солнечной массы, происходит взрыв. Эти объекты чрезвычайно интересны для физиков, так как они представляют собой «стандартные свечи». Это означает, что их светимость очень хорошо описывается моделями и по наблюдениям можно с высокой точностью установить расстояние до «свечи». Именно наблюдения за сверхновыми Ia типа позволило доказать расширение Вселенной.

Гравитационное линзирование — это эффект, предсказанный Общей теорией относительности. Гравитация массивных объектов, таких как галактики или скопления галактик, искажают геометрию пространства так, что свет, огибая их, отклоняется. В результате, если такой массивный объект находится на линии, соединяющей наблюдателя и источник света, то наблюдатель получает гораздо больше излучения, чем можно было бы ожидать. Кроме того, часто наблюдается визуальное размножение источника света — классический пример этого так называемый «Крест Эйнштейна».

Астрономы считают, что гравитационно линзированные стандартные свечи помогут измерить с большой точностью скорость расширения Вселенной. С этим связаны масштабные поиски подобных объектов. Но, как отмечают исследователи, это очень сложно. «Статистически только одна из 50 тысяч обнаруженных сверхновых окажется гравитационно линзированной» — отмечает Питер Нугент, соавтор работы, астрофизик из Национальной Лаборатории в Беркли. Однако, такие объекты позволяют проводить необычные наблюдения. Например, известна гравитационно-линзированная сверхновая SN Refsdal. Астрономы определили, что ее изображения отстают друг от друга на несколько месяцев и предсказали, что вспышка, наблюдавшаяся в одном изображении произойдет в другом изображении через год. Так и произошло. Что также важно, у подобных систем можно очень точно определить величину усиления светового сигнала под действием линзы.

Авторы новой работы описали новый пример гравитационно линзированной сверхновой. Впервые она была обнаружена 5 сентября 2016 года автоматизированным обзором intermediate Palomar Transient Factory (iPTF, Паломарская обсерватория). Тогда ученые считали, что это обычная сверхновая, расположенная примерно в миллиарде световых лет от Земли. Однако последующие спектроскопические наблюдения показали, что истинное расстояние до взрыва составляет четыре миллиарда световых лет, а на полпути до него находится массивная галактика.

Наблюдения обсерватории Кека и космического телескопа «Хаббл» показали, что в результате гравитационного линзирования видно не одно, а четыре изображения сверхновой. Из-за разницы длины оптических путей (небольшой ассиметричности расположения галактики) свет разных изображений достигает телескопов в разное время. В результате изображения показывают состояние сверхновой в разные моменты времени — разброс этих моментов может достигать 35 часов. Суммарное усиление светового потока от сверхновой из-за линзирования превышает 50 крат.

Астрономы отличают, что это чрезвычайно редкая система. Вероятность того, что усиление сигнала линзированной сверхновой достигнет 50 крат, не превышает одного процента.

Гораздо больше распространены гравитационно линзированные галактики и квазары. Недавно астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики рассказали об отставании между отдельными лучами света в «ушестиренном» квазаре SDSSJ2222+2745. Оказалось, что разница между моментами, наблюдаемыми в разных изображениях объекта может достигать двух лет.