Doppia lente gravitazionale: l’eccezionale fenomeno osservato per la prima volta
Doppia lente gravitazionale: l’eccezionale fenomeno osservato per la prima volta
Agli astronomi è apparso come un insolito spettacolo di luci, ma dietro c’è un fenomeno davvero insolito: un doppio effetto lente gravitazionale. Due galassie distanti miliardi di anni luce l’una dall’altra ma perfettamente allineate dal nostro punto di vista formano una sorta di telescopio naturale. E questo permette di vedere doppiamente amplificati eventuali oggetti che si trovino, sempre in prospettiva, dietro alla seconda galassia.
L’effetto lente gravitazionale è un fenomeno previsto dalle teorie di Albert Einstein: oggetti dalla grande massa distorcono la luce delle sorgenti luminose “dietro” di loro, ingrandendole proprio come farebbe una lente di vetro. Grazie ai moderni strumenti di osservazione, a oggi gli astronomi hanno confermato un migliaio di casi simili.
Le immagini di oggetti altrimenti invisibili a causa della grande distanza possono quindi diventare oggetto di studio da parte degli astronomi. Ciò permette per esempio di vedere galassie o buchi neri così come apparivano poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Il loro studio è fondamentale per comprendere il nostro universo.
Gli astronomi avevano rilevato un effetto lente gravitazionale in J1721+8842 già nel 2017, ma sembrava una classica lente singola
Se l’effetto è causato da oggetti di grandi dimensioni come un ammasso di galassie, la lente sarà imperfetta e le immagini ingrandite si presenteranno fortemente distorte. Invece una galassia ellittica con la sua forma simmetrica e un nucleo superdenso genererà una sorta di arco di luce, l’anello di Einstein. Oppure l’immagine dello stesso oggetto ripetuta più volte, anche quattro.
Ciascuna di queste immagini duplicate segue però un percorso di distorsione leggermente diverso e ognuna sarà di conseguenza leggermente sfasata temporalmente rispetto alle altre. Esse sono utili agli astronomi per calcolare il tasso di espansione dell’universo.
Il team di Frédéric Dux dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (Losanna) ha per due anni osservato la galassia J1721+8842 e le quattro immagini di un quasar generate dall’effetto lente gravitazionale. Agli astronomi sono apparse ulteriori due immagini più deboli che supponevano essere duplicati lenticolari di un secondo quasar vicino al primo e l’anello di Einstein rossastro rivelato dalle scansioni fosse un’immagine distorta della galassia ospite di uno o entrambi i quasar.
La prima galassia, J1721+8842, si trova a 2,3 miliardi di anni luce dalla Terra
Un’osservazione più accurata di queste due immagini più deboli ha tuttavia evidenziato la perfetta corrispondenza con le quattro principali. Si trattava dello stesso quasar duplicato ben sei volte. Un simile effetto era stato previsto teoricamente. Potrebbe verificarsi grazie a una lente composta, ovvero formata da due grandi masse, per esempio due galassie, allineate.
Grazie ai dati del telescopio spaziale James Webb si è capito che l’anello rossastro non è un’immagine distorta del quasar poiché si trova a una distanza diversa. In effetti è ciò che intravediamo della seconda galassia lente, frapposta fra la prima (J1721+8842) e il quasar stesso.
In base ai diversi modelli elaborati al computer, i ricercatori hanno ipotizzato i possibili percorsi seguiti dalla luce del quasar e concluso che due immagini sono conseguenza di una sorta di percorso a zigzag fra le due galassie.
Sono circa 300 i quasar finora scoperti osservabili sotto un effetto di lente gravitazionale
La disponibilità di sei serie di diversi ritardi temporali e percorsi di luce è un’opportunità unica per gli astronomi per calcolare un valore particolarmente accurato della costante di Hubble. Una lente gravitazionale standard è stata solo recentemente utilizzata come sistema alternativo a questo scopo. È importante perché i due metodi principali forniscono dati leggermente differenti, una variazione nota come tensione di Hubble.
Il fatto che la lente gravitazionale doppia stia mostrando due oggetti a distanze diverse, il quasar e la galassia rossa, consentirà al team di cercare di comprendere come il tasso di espansione dell’universo sia cambiato nel tempo, accelerando grazie all’effetto della forza nota come energia oscura.
“È il vero potere di questi quasar visibili attraverso le lenti: far luce sul fatto che il tasso di espansione dell’universo sia coerente o meno con il modello cosmologico”, afferma il cosmologo Thomas Collett dell’Università di Portsmouth.
Collett afferma inoltre che proprio la possibilità di calcolare sia la costante di Hubble che il parametro dell’energia oscura in un singolo sistema elimini alcune delle finora persistenti incertezze in tali misurazioni. Ciò rende J1721+8842 un potente strumento per testare le teorie cosmologiche. Si tratta di calcoli estremamente complessi e servirà un lungo lavoro, probabilmente più di un anno, prima di poter ottenere le risposte
dal curioso groviglio di immagini intorno a J1721+8842.
La ricerca J1721+8842: The first Einstein zig-zag lens è disponibile in pre-print su arxIv
