Pantheon+ (каталог сверхновых)

В тихом переулке галактики, где звёзды редки и стары, вдруг вспыхивает свет, ярче целой галактики. Это сверхновая типа Ia — термоядерный взрыв белого карлика, который астрономы используют как стандартную свечу для измерения космических расстояний. Но среди этих свечей есть редкие «бракованные» — подтип 2003fg, который светит слишком ярко и может сбить космологическую линейку.

В плотном скоплении галактик Abell 2744, где гравитация искривляет свет подобно линзе, телескоп Джеймса Уэбба зафиксировал новую точку. Она появилась на снимках 2023 года, а затем стала менять яркость.

17 сверхновых из выборки ZTF DR2 зажглись с опережением графика. В первые часы и дни после взрыва они испускали больше света, чем предписывают стандартные модели. Астрономы сравнивают это с бикфордовым шнуром: прежде чем ослепительная вспышка разорвет небо, по внешним слоям пробегает огонек-предвестник.

Глубоко под землёй, в тишине криостата (охлаждаемого контейнера), лежат кристаллы из свинца, который когда-то был частью древнеримского корабля. Этот материал почти не фонит — за две тысячи лет нестабильные изотопы в нём распались, и теперь он идеально чист для охоты на редчайшие события.

Шестого августа 1181 года китайские астрономы заметили в созвездии Кассиопеи новую звезду. Она сияла 185 дней, медленно угасая, и исчезла, оставив лишь запись в летописях. Сегодня на её месте — горячий белый карлик (сжатое звёздное ядро без ядерных реакций), разогретый до десятков тысяч градусов. Это остаток тусклой сверхновой редкого типа Iax.

Охотник за древним светом — телескоп Джеймс Уэбб — навёл свои зеркала на крошечный участок неба и засёк странный маячок. Объект с рабочим именем beacon_1420-$$5253_{4770}$$ вспыхнул и погас. Сначала его записали в кандидаты на самую далёкую галактику — будто бы мы видим её всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва.

Нейтронная звезда — это бывшее ядро массивной звезды, сжатое до размеров города. Чайная ложка её вещества весит как гора. Но внутри этого сверхплотного шара может скрываться сюрприз: под немыслимым давлением нейтроны распадаются на кварки, и звезда получает новое, более компактное ядро.

Гравитация — это не просто сила, которая держит нас на полу. В масштабах Вселенной она дирижирует галактиками, изгибает лучи света и определяет судьбу всего сущего. Сто лет назад Эйнштейн описал её как кривизну пространства и времени.

Космологический оркестр настраивается не по одному камертону. Есть две группы инструментов: одни слушают гул молодого мироздания — реликтовое излучение, другие считывают ноты со зрелых галактик и сверхновых. Десятилетиями обе группы пытались сыграть унисон — определить, с какой скоростью разлетаются галактические архипелаги.

Вселенная полна невидимого. Мы знаем о тёмной материи по вращению галактик и гравитационным линзам, но её природа ускользает уже век.

Галактики без тёмной материи — как бусины, с которых сорвали невидимую нить. Вокруг эллиптической NGC 1052 вытянулась цепочка из восьми призрачно-тусклых карликов: они почти не содержат таинственной массы, заставляющей вращаться спиральные рукава.

Костёр, который всегда разгорается до одной и той же температуры — бросите ли вы спичку в центр полена или подожжёте сразу несколько щепок по краям. Примерно так ведут себя сверхновые типа Ia — космические взрывы, которые астрономы используют как линейку для измерения расстояний во Вселенной.

Воздушный шарик надувают. Сначала он раздувается быстро, потом медленнее, а потом вдруг — снова быстрее, словно кто-то подкачал насос. Именно это, похоже, происходит с нашей Вселенной. Астрономы из коллаборации Dark Energy Survey (DES) заглянули в прошлое космоса с помощью двух «линеек»: звуковых волн ранней Вселенной и взрывов сверхновых.

Две лампы в витрине: одна светит холодным голубоватым светом, другая — чуть теплее, желтее. Примерно так же выглядят два типа сверхновых — Ib и Ic, — когда астрономы смотрят на них в телескоп. Обе вспыхивают в конце жизни массивной звезды, которая успела сдуть с себя водородную оболочку, как одуванчик теряет пушинки.

Обычные детекторы тёмной материи похожи на футбольного вратаря, который ждёт мощного удара, а мяч еле катится. Частицы-невидимки, заполняющие нашу Галактику, часто движутся слишком медленно, чтобы их заметили чувствительные датчики.

Солнце постоянно вспыхивает, как костёр, в который подбрасывают хворост. Большие вспышки заметны сразу, а слабые легко теряются в общем свечении. Нейросеть научили выхватывать даже едва заметные всплески из потока данных, которые спутники присылают каждую секунду. С 2018 года по август 2025-го алгоритм нашёл 111 580 вспышек. Прежний каталог за то же время насчитал всего 14 612.

Взрыв массивной звезды — событие яркое, но короткое. Сама вспышка длится недели, а вот нагретая ею пыль вокруг светится в инфракрасных лучах ещё долгие годы. Это как если бы вспышка фотоаппарата осветила комнату, а потом ещё долго тлели бы раскалённые пылинки в воздухе — только в космических масштабах.

Космологи измерили, с какой скоростью разбегаются далёкие галактики в разных уголках неба. Для этого они взяли два вида «космических линеек»: скопления галактик и взрывы сверхновых определённого типа. Оба способа показали одно и то же: в одном направлении Вселенная расширяется чуть быстрее, чем в противоположном.

Когда массивная звезда взрывается, её остатки разлетаются в стороны, как осколки фейерверка. Но как понять, насколько далеко от нас произошёл такой взрыв? Астрономы нашли способ: они смотрят на облака газа, с которыми сталкиваются эти остатки. Идея проста. Вокруг остатков сверхновых часто есть облака холодного молекулярного газа.

Стеклянный шарик в стакане воды почти невидим, но если посмотреть сквозь него на клетчатую скатерть, линии за ним искривляются. Прозрачные клетки ведут себя так же: свет сквозь них проходит, но слегка замедляется и меняет направление. Обычному микроскопу такое изменение не поймать — нужны красители, которые часто убивают живую клетку.

Далёкая галактика, где рождаются сотни звёзд, должна светиться кислородом. Так считали астрономы: горячие молодые звёзды нагревают газ, и тот испускает характерное инфракрасное свечение с длиной волны 63 микрона. Это как пар над кипящей кастрюлей — верный признак бурного процесса.

Свет от далёкой звезды летит к нам миллиарды лет, и за это время Вселенная успевает расшириться. Как проверить, что мы правильно понимаем этот путь?

Стареющая звезда сбрасывает внешние слои, и остаётся плотное горячее ядро размером с Землю — белый карлик. Если рядом кружат остатки планет, астероидов или комет, они нагреваются и начинают светиться в инфракрасном диапазоне. Такой лишний свет — как тёплое пятно на холодном полу. Астрономы взяли данные с космического телескопа Gaia и наземных обзоров.

В 2013 и 2020 годах один и тот же телескоп на Гавайях смотрел на остаток взорвавшейся звезды — Кассиопею A. Снимки делали в свете раскалённого железа, как будто фотографировали невидимые потоки металла, летящие сквозь космос. За семь лет астрономы нашли 263 плотных сгустка — это обломки, выброшенные взрывом.

Тёмная материя — как невидимый клей, который держит галактики вместе. Она не испускает свет, но если её частицы сталкиваются, может вспыхнуть гамма-излучение. Учёные искали такие вспышки в карликовых галактиках — маленьких звёздных скоплениях, где тёмной материи очень много, а обычной почти нет.

Когда далёкая звезда взрывается, её свет летит к нам миллиарды лет. Астрономы измеряют, насколько тусклой она выглядит, и по этому вычисляют расстояние. Обычно для этого используют сложные модели с тёмной энергией и другими загадками.

Некоторые сверхъяркие сверхновые — звёздные взрывы колоссальной мощности — демонстрируют в спектре отчётливую линию кислорода и быстрое расширение оболочки, тогда как другие лишены этих признаков. Долгое время астрофизики считали, что перед ними принципиально разные явления.

Сверхновые типа Ia — своего рода «стандартные свечи» космологии: их пиковая светимость практически одинакова, что позволяет определять расстояние по видимому блеску: чем тусклее объект, тем он дальше. Такие сверхновые служат маркерами для измерения дистанций до удалённых галактик.

Светлячок вспыхивает на одну десятимиллиардную долю секунды где-то над сибирской тайгой. Увидеть такое невозможно, но установка TAIGA-HiSCORE, разбросанная по долине в Тункинском районе Бурятии, пыталась поймать именно такие вспышки — только не от насекомых, а из глубин космоса. Обычно эта система из множества светочувствительных детекторов ловит частицы космических лучей, которые врезаются в атмосферу Земли.

В сибирской тайге стоит сотня световых ловушек — каждая размером с небольшой стол, но вместе они покрывают квадратный километр. Ночью эти ловушки смотрят в небо и ловят слабые вспышки света, которые рождаются, когда космические частицы врезаются в атмосферу. Установка называется TAIGA-HiSCORE, и обычно она работает как огромный «глаз» для таких частиц.