Pro темную материю

В астрономии фотопластинки использовались более ста лет для наблюдений за небесными телами и в спектрометрии. Их важным достоинством перед пленкой долгое время оставалось полное отсутствие усадки после лабораторной обработки и сушки. Это позволяло проводить достоверные измерения некоторых величин по изображению. В астрономии пластинки использовались до 1990-х годов. Фактически это фотоматериал на стеклянной подложке – плоскопараллельная стеклянная пластинка с нанесенной на нее светочувствительной эмульсией. Фотографические пластинки сменили ПЗС-матрицы (приборы с зарядовой связью – сокращение по первым буквам), которые также именуют CCD-матрицами, используя сокращение от английского Charge-Coupled Device. Это специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию приборов с зарядовой связью. В этих приборах кремний собирает свет, один фотон создает один электрический заряд. Фотопластинка чувствительна всего лишь к 1–2% доступных фотонов, а ПЗС могут достигать 100 % – преимущество очевидно для любого аспекта астрономии. Это цифровая технология – обработку изображений можно делать с помощью компьютера, а больше света означает, что можно видеть дальше и собирать данные быстрее.

Польза сверхновой для космологии в большой степени зависит от кривой блеска, которая показывает усиление и уменьшение яркости сверхновой на протяжении какого-то периода времени. Кривая блеска каждой сверхновой резко поднимается в течение нескольких дней, пока сверхновая идет к максимальной яркости, а потом постепенно падает по мере того, как сверхновая тускнеет. Но поскольку каждый тип сверхновых высвобождает свой собственный набор элементов (например, водород может быть, а может и не быть), появляется он в результате специфического процесса (взрыв или схлопывание), то кривая блеска поднимается и падает особым образом для каждого типа. Чтобы выяснить эту схему, нужно знать, когда кривая достигает пика, то есть яркость достигает максимума, так что вам нужно обнаружить сверхновую, пока яркость усиливается. Потом нужно за ней следить – чем больше наблюдений, чем больше данных можно зафиксировать на графике, а чем больше данных, тем надежнее кривая. Но эти наблюдения будут верны, только если вы уверены в яркости света сверхновой, а точность измерений зависит от того, насколько хорошо вы способны отличить свет сверхновой от света галактики, в которой она находится. Технология, позволяющая делать больше наблюдений, а потом увеличивать эти наблюдения пиксель за пикселем, помогает уменьшить количество ошибок. Скорость и точность ПЗС-технологии в этом помогают лучше всего, а работа фотометриста, такого как Сунцефф, становится искусством.

Сунцефф начал работать с ПЗС-технологиями вместе с Марком Филипсом, с которым они вместе учились в Калифорнийском университете в 1970-е годы. Их первым заданием была установка ПЗС на телескопе и проверка оборудования на сверхновой 1986G. Сунцефф должен был заниматься наблюдениями и фотометрией, а Филипс сравнениями с кривыми блеска других сверхновых.

Сунцефф ожидал получить исторический результат. Они с Филипсом считали, что их кривая блеска будет первой «современной кривой», то есть первой, полученной с помощью ПЗС. Но результат разочаровал. Кривая блеска 1986G оказалась существенно отличающейся от других кривых блеска типа Ia. Сверхновая оказалась более тусклой, чем следовало при красном смещении, а кривая блеска выглядела так, будто поднималась и падала резче, чем в случае других сверхновых типа Ia.

Сунцефф и Филипс были первопроходцами и поэтому могли сравнивать полученную ими кривую блеска только с кривыми, зафиксированными с помощью фотографических пластинок. Они не знали, говорит ли их кривая блеска на основе ПЗС-технологии больше о сверхновых типа Ia – или больше о ПЗС-технологии. Но ученые были уверены в своих данных и опубликовали статью, в которой сделали вывод, что сверхновые типа Ia, вероятно, слишком сильно отличаются по яркости, чтобы служить «стандартными свечами» – объектами, светимость которых известна. Сунцефф и Филипс решили, что теперь они должны или убедить сообщество, что сверхновые типа Ia точно не являются «стандартными свечами», или, наоборот, признать свою ошибку.

Межамериканская обсерватория Серро-Тололо, Чили