Nový způsob měření kosmické expanze pomocí „čočkovaných“ supernov

Snímek s vysokým rozlišením pořízený dalekohledem LBT (Large Binocular Telescope) v Arizoně ukazuje dvě galaxie znázorněné žlutočervenou barvou. Kolem nich je pět snímků jedné supernovy vytvořených gravitační čočkou.

Superjasné supernovy jsou zázračné události. Pro astronomy také poskytují zásadní nástroj pro měření kosmických vzdáleností a rychlosti, s jakou se vesmír rozpíná. V rámci kosmického žebříčku vzdáleností jsou tyto neuvěřitelně jasné hvězdné exploze „standardními svíčkami“ pro objekty vzdálené miliardy světelných let. Ve vzácném případě byli vědci z University of Munich pomocí Velkého binokulárního dalekohledu (LBT) v Arizoně svědky superjasné supernovy vzdálené 10 miliard světelných let, která byla mnohem jasnější než většina explozí svého druhu.

Na této supernově bylo obzvláště úžasné to, že se na noční obloze objevila pětkrát v důsledku gravitační čočky dvou galaxií v popředí. Tyto galaxie zakřivily dráhu světla supernovy, což způsobilo, že se vydalo různými cestami. Protože tyto dráhy mají různou délku, světlo se objevilo na různých místech kolem galaxií v různých časech. Měřením časových zpoždění mezi více snímky byli vědci schopni určit rychlost rozpínání vesmíru – tzv. Hubbleovu-Lemaîtrovu konstantu.

Dosud bylo provedeno jen několik takových měření, protože supernovy pozorované díky gravitačním čočkám jsou velmi vzácné. Je to také náročný proces, kdy astronomové musí určit hmotnosti čočkujících galaxií, protože to určuje, jak silně se lomí světlo z objektu v pozadí. Pro určení hmotností obou galaxií tým získal snímky pomocí teleskopu LBT s využitím jeho dvou zrcadel o průměru 8,4 metru a adaptivního optického systému. Pozorování odhalila dvě čočkující galaxie v popředí, obklopené pěti modravými obrazy exploze supernovy.

Sherry Suyu, docentka pozorovací kosmologie na Technical University of Munich (TUM) a členka Max Planckova institutu pro astrofyziku, v tiskové zprávě MPG vysvětlila: „Tuto supernovu jsme pojmenovali SN Winny, inspirováni jejím oficiálním označením SN 2025wny. Je to extrémně vzácná událost, která by mohla hrát klíčovou roli v lepším chápání vesmíru. Šance na nalezení mimořádně svítivé supernovy dokonale zarovnané s vhodnou gravitační čočkou je nižší než jedna ku milionu. Šest let jsme hledali takovou událost sestavováním seznamu slibných gravitačních čoček a v srpnu 2025 se SN Winny přesně shodovala s jednou z nich.“

Obrázek byl pro tým překvapením, protože čočkující systémy galaxií obvykle produkují pouze dvě nebo čtyři kopie. S využitím pozic všech pěti vytvořili výzkumníci Allan Schweinfurth (TUM) a Leon Ecker (Ludwig Maximilians University – LMU) první model rozložení hmotnosti čočky. Allan Schweinfurth uvedl:

„Doposud byla většina čočkovaných supernov zvětšena masivními kupami galaxií, jejichž rozložení hmotnosti je složité a obtížně modelovatelné. SN Winny je však čočkovaná pouze dvěma jednotlivými galaxiemi. U těchto galaxií jsme zjistili celkově hladké a pravidelné rozložení světla a hmotnosti, což naznačuje, že se v minulosti dosud nesrazily, a to i přes jejich zdánlivou blízkost. Celková jednoduchost systému nabízí vzrušující příležitost měřit rychlost rozpínání vesmíru s vysokou přesností.“

To by zase mohlo astronomům a kosmologům pomoci zmírnit přetrvávající problém Hubbleova napětí. Vědci se dosud spoléhali především na dvě metody měření kosmické rozpínavosti: kosmický žebřík vzdáleností a měření kosmického mikrovlnného pozadí (CMB). První z nich je lokální metoda, která kombinuje měření paralaxy, supernov a rudého posuvu jasných objektů pro stanovení vzdáleností krok za krokem. Protože každý krok závisí na předchozím, i malé chyby se mohou sčítat a ovlivnit konečný výsledek.

Naproti tomu měření CMB se ohlížejí zpět na začátek kosmického času zkoumáním „reliktního záření“ zbývajícího po Velkém třesku. Tento přístup je vysoce přesný a spoléhá se na modely raného vesmíru pro výpočet jeho současné rychlosti rozpínání. Silně se opírá o předpoklady o tom, jak se vesmír vyvíjel, které jsou však stále předmětem debaty. Nová studie představuje třetí možnou metodu, ve které astronomové používají gravitačně čočkované supernovy a měří časová zpoždění mezi více kopiemi stejného obrazu.

Výpočtem rozložení hmotnosti čočkující galaxie mohou vědci přímo vypočítat Hubbleovu-Lemaîtrovu konstantu. „Na rozdíl od kosmického žebříčku vzdáleností se jedná o jednokrokovou metodu s menším počtem a zcela odlišnými zdroji systematických nejistot,“ řekl Stefan Taubenberger, přední člen týmu Sherry Suyuaové a první autor jejich studie.

Mezitím astronomové po celém světě detailně pozorují SN Winny pomocí pozemních i vesmírných dalekohledů. Jejich výsledky poskytnou nové poznatky o kosmické expanzi, které by mohly pomoci vyřešit Hubbleovo napětí.

Článek popisující pozorování byl přijat k publikaci v časopise Astronomy & Astrophysics.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/astronomers-device-a-new-way-to-measure-cosmic-expansion-with-lensed-supernovae a https://www.mpg.de/26143285/measuring-the-expansion-of-the-universe-with-cosmic-fireworks

autor: František Martinek