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
23 февраля 1987 года (через год после начала работы) появилась сверхновая 1987А в Большом Магеллановом Облаке, фактически над головой – это одна из немногих галактик, видимых невооруженным глазом, но только из Южного полушария. Это была первая сверхновая с 1604 года, видимая невооруженным глазом. Она относилась к типу II, то есть схлопывающемуся, а не типу Ia, которым ученые занимались ранее. Конечно, эта сверхновая привлекала внимание астрономов со всего мира, а в Калифорнийском университете собрались почти все имеющиеся в мире специалисты по сверхновым – 50 человек. В частности, там выступил швейцарский астроном Бруно Лейбундгут, который считал сверхновые типа Ia «стандартными свечами». Он изучал только тип Ia, а Сунцефф и Филипс в последнее время занимались типом II, сверхновой 1987А. Они решили использовать одну из ближайших сверхновых типа Ia для измерения параметра Хаббла – скорости расширения Вселенной на тот момент. А если разработанная ими программа сработает, они смогут перейти к более дальним сверхновым и измерить другой параметр – скорость замедления расширения Вселенной.
К Сунцеффу и Филипсу в чилийской обсерватории Серро-Тололо присоединился Марио Хамуй, который приехал работать ассистентом всего через три дня после того, как 1987А зажглась в Большом Магеллановом Облаке, и очень быстро увлекся сверхновыми. Существовало два варианта: телескоп, на который нельзя установить ПЗС, но с камерой с широким полем охвата, – или телескоп с ПЗС, но с малым полем охвата. Было выбрано широкое поле охвата, потому что требовалось поймать как можно больше галактик за раз – при поиске сверхновых количество важнее качества.
Ученые работали каждую ночь, с заката и до рассвета, на рассвете фотопластинки отправлялись в Сантьяго на грузовике, а потом пассажирском автобусе, путь занимал 8 часов. Там их забирал Хосе Маза, у которого Хамуй учился в Чилийском университете, и относил ассистентам в лабораторию для сравнения с данными за несколько недель. К вечеру следующего дня Сунцефф, Филипс и Хамуй уже знали, за какими кандидатами в сверхновые им следует охотиться с помощью ПЗС-технологий.
Эта работа позволяла не только открывать сверхновые, но и улучшить качество наблюдений и последующего анализа, причем это касалось всех сверхновых, открытых профессиональными астрономами и любителями. Группа в частности занималась двумя странными сверхновыми 1991 года – очень яркой 1991Т и поразительно тусклой 1991bg. Эти сверхновые только усилили подозрение Сунцеффа и Филипса о том, что сверхновые не являются «стандартными свечами». Несоответствие было видно сразу же – кривые блеска очень сильно отличались. Кривая блеска поразительно яркой 1991Т шла вверх и опускалась более плавно и постепенно, чем типичная кривая блеска типа Ia. Кривая блеска поразительно тусклой 1991bg шла вверх и опускалась гораздо более резко, чем кривая блеска типичной сверхновой типа Ia.
Яркая опускалась более плавно, тусклая – более резко. Ученые задумались о том, сохранится ли такой вариант кривых блеска, если проанализировать другие сверхновые. Может, типу Ia и не нужно быть идентичным, чтобы приносить пользу космологии? Может, то, насколько плавно или резко идет вверх и опускается кривая, служит надежным показателем яркости относительно других сверхновых типа Ia? А зная относительную яркость, можно вычислить и относительные расстояния.
Марк Филипс собирал кривые блеска на протяжении всего 1992 года, затем несколько месяцев их анализировал. В этот период Филипс жил в Чили. После того как Филипс опубликовал собранные данные, первым из астрономов ему написал Боб Киршнер – с поздравлениями. Филипс получил ответ на вопрос, подкрепив его надежными данными: нет, сверхновые типа Ia не являются «стандартными свечами». Однако они вполне могут служить свечами, которые поддаются стандартизации. Опускание кривой блеска связано с абсолютной величиной сверхновой.
Встал следующий вопрос: а можно ли открывать далекие сверхновые типа Ia на регулярной основе и с должной степенью надежности? Ответ дала группа из Беркли в марте 1994 года: да. Между декабрем 1993 года и февралем 1994 года они открыли шесть далеких сверхновых.
Группа под руководством Брайана Шмидта
Брайан Шмидт защитил диссертацию на тему сверхновых в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики. Ник Сунцефф работал в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили и занимался сверхновыми с 1989 года. Поскольку они оба были специалистами по сверхновым, то следили за соответствующим проектом, над которым работала группа из Беркли.
Они встретились в Чили, и Шмидт сказал, что думает создать команду, конкурирующую с группой Перлмуттера. Сунцефф сразу же выразил желание к ней присоединиться. Шмидт отдавал должное группе из Беркли, лично Солу Перлмуттеру и признавал заслуги коллег. Благодаря развитию техники и технологий сверхновые наконец стало можно использовать на благо космологии. Группа Перлмуттера оказалась в нужное время и в нужном месте. Шмидт очень сомневался в том, что физики – и даже физики, превратившиеся в астрофизиков, смогут регулярно находить далекие сверхновые. Даже после того как группа из Беркли обнаружила свою первую сверхновую, Шмидт и другие астрономы сомневались в возможностях физиков обеспечить необходимые наблюдения, которые требуется проводить после обнаружения, и анализ полученных данных.
Шмидт и Сунцефф считали, что смогут открывать по три сверхновые типа Ia в месяц, потом согласились на одну. Но вскоре установили новый рекорд по сверхновым – красное смещение открытой ими сверхновой составляло 0,48, а это значило, что она находится на расстоянии 4,9 млрд световых лет. Пока они не могли сказать, относится ли она к типу Ia и будет ли полезна в определении скорости замедления расширения Вселенной. Но это все равно был рекорд.
Группа из Беркли, уже без Карла Пеннипакера, выяснила, как находить сверхновые на регулярной основе через три года после того, как они доказали сами себе, что могут находить дальние сверхновые. Они открыли три в начале 1994 года с помощью телескопа «Исаак Ньютон» (диаметр 2,4 м), потом еще три с помощью 4-метрового телескопа в обсерватории Китт-Пик, в Аризоне. К июню 1995 года у них в портфеле было в целом 11 открытых далеких сверхновых типа Ia. Они представили четыре доклада на конференции, посвященной рождению сверхновых звезд, которая проходила в Испании, в Айгуаблаве. Их метод, разработанный Солом Перлмуттером, описан выше – это работа в периоды вокруг новолуния.
Когда Перлмуттер говорил о сверхновых, он использовал слова «редкие, быстро исчезающие, случайные, беспорядочные». Да, сверхновые являются именно такими, но команда Шмидта и Сунцеффа предпочитала делать упор на тусклости, удаленности и пыли. Они действительно тусклые – но потому что удаленные или из-за пыли? Физиков волновало, как найти дальние сверхновые, а астрономов беспокоило, что делать с этими дальними сверхновыми после того, как они будут обнаружены.
По крайней мере, одна дальняя сверхновая у группы Шмидта имелась, правда, ученые не были уверены, к какому типу она относится. Со Шмидтом, Филипсом и Сунцеффом сотрудничал Бруно Лейбундгут, в частности, он занимался изучением данных по «рекордной» сверхновой – удаленной на 4,9 млрд световых лет. И в одном из своих писем Шмидту он указал, что в спектре этой сверхновой «все еще много галактики» – это означало, что свет от явной сверхновой трудно отделить от света галактики, в которой она находится. Спектр может сказать вам красное смещение галактики, а поэтому и красное смещение находящейся в ней сверхновой. Но чтобы увидеть спектр самой сверхновой, нужно изолировать блеск.
Брайан Шмидт, американский астроном и астрофизик (род. в 1967)
Вначале это попытался сделать Марк Филипс. Через неделю после того как группа узнала о результатах расчетов Марио Хамуя (о том, что это самая дальняя из всех открытых сверхновых), Филипс был готов опустить руки. Он пришел к выводу, что в спектре этой сверхновой соотношение сигнал-шум, то есть полезный свет сверхновой против оптического эквивалента шума галактики, настолько мало, что определить тип сверхновой невозможно. Следующую попытку предпринял Лейбундгут, он попытался отделить свет сверхновой от света галактики несколькими способами, но тоже не смог подтвердить, что сверхновая относится к типу Ia. Филипс предложил Лейбундгуту «вычесть галактику». Это первое действие, которое следует предпринять, если вы пытаетесь получить спектр сверхновой.