È difficile fare previsioni, specialmente in astronomia. Ci sono tuttavia alcune previsioni su cui gli astronomi possono fare affidamento, come i tempi delle eclissi lunari e solari e il ritorno periodico di alcune comete.
Ora, guardando ben oltre il sistema solare, gli astronomi hanno aggiunto una solida previsione di un evento che si verifica nelle profondità dello spazio intergalattico: un’immagine di una stella che esplode, soprannominata Supernova Requiem, che apparirà intorno all’anno 2037. Sebbene questa ritrasmissione non sarà visibile ad occhio nudo, alcuni futuri telescopi dovrebbero essere in grado di individuarlo.
Si scopre che questa apparizione futura sarà la quarta vista conosciuta della stessa supernova, ingrandita, illuminata e divisa in immagini separate da un enorme ammasso di galassie in primo piano che agisce come uno zoom cosmico. Tre immagini della supernova sono state trovate per la prima volta da dati d’archivio presi nel 2016 dal telescopio spaziale Hubble della NASA.
Le immagini multiple sono prodotte dalla potente gravità dell’ammasso di galassie, che distorce e ingrandisce la luce della supernova esplosa molto dietro di essa, un effetto chiamato lente gravitazionale. Predetto per la prima volta da Albert Einstein, questo effetto è simile a una lente di vetro che piega la luce per ingrandire l’immagine di un oggetto distante.
Le tre immagini della supernova, minuscoli punti catturati in una singola istantanea di Hubble, rappresentano la luce dell’esplosione di una stella. I punti variano in luminosità e colore, il che significa tre diverse fasi dell’esplosione di dissolvenza mentre si raffredda nel tempo.
“Questa nuova scoperta è il terzo esempio di una supernova a immagini multiple di cui possiamo effettivamente misurare il ritardo nei tempi di arrivo“, ha spiegato il ricercatore capo Steve Rodney dell’Università della Carolina del Sud in Columbia.
“È la più distante delle tre e il ritardo previsto è straordinariamente lungo. Potremo tornare indietro e vedere l’immagine finale, che prevediamo sarà nel 2037, più o meno un paio d’anni“.
La luce che Hubble ha catturato dall’ammasso MACS J0138.0-2155, ha impiegato circa quattro miliardi di anni per raggiungere la Terra. La luce della Supernova Requiem ha avuto bisogno di circa 10 miliardi di anni per il suo viaggio, in base alla distanza della sua galassia ospite.
La previsione del team sull’apparizione del ritorno della supernova si basa su modelli computerizzati dell’ammasso, che descrivono i vari percorsi che la luce della supernova sta prendendo attraverso il labirinto composto dall’agglomerato di materia oscura nel raggruppamento galattico. La materia oscura è un materiale invisibile che comprende la maggior parte della materia dell’universo ed è l’impalcatura su cui sono costruite le galassie e gli ammassi di galassie.
Ogni immagine ingrandita prende un percorso diverso attraverso l’ammasso e arriva sulla Terra in un momento diverso, in parte a causa delle differenze nella lunghezza dei percorsi seguiti dalla luce della supernova.
“Ogni volta che della luce passa vicino a un oggetto molto massiccio, come una galassia o un ammasso di galassie, la deformazione dello spazio-tempo che la teoria della relatività generale di Einstein ci dice è presente per qualsiasi massa, ritarda il viaggio della luce attorno a quella massa“, ha detto Rodney.
Perché la luce di questa supernova ci arriva a così grandi intervalli di tempo e da punti diversi dello spazio? Come diversi treni che lasciano una stazione contemporaneamente, viaggiando tutti alla stessa velocità e diretti alla stessa destinazione, ogni treno, tuttavia, percorre un percorso diverso e la distanza per ogni percorso non è la stessa. Poiché i treni percorrono binari di lunghezza diversa su terreni diversi, non arrivano a destinazione contemporaneamente.
Inoltre, l’immagine della supernova prevista per apparire nel 2037 è in ritardo rispetto alle altre immagini della stessa supernova perché la sua luce viaggia direttamente attraverso il centro dell’ammasso, dove risiede la quantità più densa di materia oscura.
L’immensa massa dell’ammasso curva la luce, producendo il ritardo di tempo più lungo. “Questo è l’ultimo ad arrivare perché è come il treno che deve scendere in fondo a una valle e risalire di nuovo. Questo è il tipo di viaggio più lungo per la luce“, ha spiegato Rodney.
Le immagini della supernova Requiem sono state scoperte nel 2019 da Gabe Brammer, coautore dello studio presso il Cosmic Dawn Center presso il Niels Bohr Institute, Università di Copenhagen, in Danimarca. Brammer ha individuato le immagini della supernova mentre analizzava galassie lontane ingrandite da enormi ammassi di galassie in primo piano come parte di un programma Hubble in corso chiamato REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).
Stava confrontando i nuovi dati REQUIEM del 2019 con le immagini d’archivio scattate nel 2016 da un diverso programma scientifico Hubble. Un minuscolo oggetto rosso presente nei dati del 2016 ha attirato la sua attenzione e, inizialmente, ha pensato che si trattasse di una galassia lontana. L’oggetto non era presente nelle immagini del 2019.
“Ma poi, dopo un’ulteriore ispezione dei dati del 2016, ho notato che in realtà c’erano tre oggetti ingranditi, due rossi e uno viola“, ha spiegato. “Ciascuno dei tre oggetti è stato abbinato all’immagine di una lontana galassia massiccia. Immediatamente mi ha suggerito che non si trattava di una galassia lontana, ma in realtà di una fonte transitoria in questo sistema che era svanita dalla vista nelle immagini del 2019 come una luce lampadina che era stata spenta“.
Brammer ha collaborato con Rodney per condurre un’ulteriore analisi del sistema. Le immagini della supernova generate dalla lente gravitazionale sono disposte ad arco attorno al nucleo dell’ammasso. Appaiono come piccoli punti vicino alle caratteristiche arancioni macchiate che si pensa siano le istantanee ingrandite della galassia ospite della supernova.
Il coautore dello studio Johan Richard dell’Università di Lione in Francia ha prodotto una mappa della quantità di materia oscura nell’ammasso, dedotta dalla lente gravitazionale che produce. La mappa mostra le posizioni previste degli oggetti lenti. Si prevede che questa supernova riapparirà nel 2042, ma sarà così debole che il team di ricerca pensa che non sarà visibile.
Catturare la replica dell’evento esplosivo aiuterà gli astronomi a misurare i ritardi temporali tra tutte e quattro le immagini della supernova, il che offrirà indizi sul tipo di deformazione dello spazio che la luce della stella esplosa deve coprire. Armati di queste misurazioni, i ricercatori possono mettere a punto modelli che mappano la massa dell’ammasso.
Lo sviluppo di mappe precise della materia oscura negli enormi ammassi di galassie è un altro modo per gli astronomi di misurare il tasso di espansione dell’universo e indagare sulla natura dell’energia oscura, una misteriosa forma di energia che agisce contro la gravità e fa espandere il cosmo a un ritmo più veloce.
Questo metodo del ritardo è prezioso perché è un modo più diretto di misurare il tasso di espansione dell’universo, ha spiegato Rodney. “Questi lunghi ritardi sono particolarmente preziosi perché puoi ottenere una misurazione buona e precisa di quel ritardo se sei paziente e aspetti anni, in questo caso più di un decennio, prima che l’immagine finale ritorni“, ha detto. “Si tratta di un percorso completamente indipendente per calcolare il tasso di espansione dell’universo. Il valore reale in futuro utilizzerà un campione più ampio di questi per migliorare la precisione“.
L’individuazione delle immagini della supernova con le lenti gravitazionale diventerà sempre più comune nei prossimi 20 anni con il lancio del telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA e l’inizio delle operazioni presso l’Osservatorio Vera C. Rubin. Entrambi i telescopi osserveranno ampie aree del cielo, il che consentirà loro di individuare dozzine di altre supernove a più immagini multiple.
Anche futuri telescopi come il James Webb Space Telescope della NASA potrebbero rilevare la luce della supernova Requiem in altre epoche dell’esplosione. I risultati del team appariranno il 13 settembre sulla rivista Nature Astronomy.
Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l’ESA (Agenzia spaziale europea). Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, gestisce il telescopio. Lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, nel Maryland, conduce le operazioni scientifiche di Hubble. STScI è gestito per la NASA dall’Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia a Washington, DC
