Una supernova esplosa 10 miliardi di anni fa potrebbe salvare la cosmologia

Una supernova distante 10 miliardi di anni luce la cui immagine è stata amplificata e triplicata dalla gravità potrebbe essere la chiave per scoprire il tasso di espansione dell’Universo

0
956
Una supernova esplosa 10 miliardi di anni fa potrebbe salvare la cosmologia, topologia cosmica esotica
Una supernova esplosa 10 miliardi di anni fa potrebbe salvare la cosmologia

Una supernova distante 10 miliardi di anni luce la cui immagine è stata amplificata e triplicata dalla gravità potrebbe essere la chiave per scoprire il tasso di espansione dell’Universo.

Si chiama SN H0pe ed è stata individuata nei dati raccolti dal James Webb Space Telescope, proveniente da una galassia la cui luce ha viaggiato per poco più di 10 miliardi di anni per raggiungerci. Si tratta della seconda supernova più distante mai osservata ed è una supernova di tipo Ia, la cui luminosità viene utilizzata per misurare la velocità con cui l’Universo si sta espandendo.

Non è solo questo il motivo per cui H0pe è così entusiasmante. Il modo in cui la sua luce è triplicata dalla gravità ha causato un ritardo temporale tra le immagini della supernova, il che significa che potrebbe aiutare gli scienziati a risolvere uno dei più grandi misteri della cosmologia: quanto velocemente si sta espandendo l’Universo, un tasso noto come Costante di Hubble, o H0.

Un documento che descrive la scoperta è stato inviato al The Astrophysical Journal ed è attualmente disponibile sul server di prestampa arXiv.

Presentiamo qui una panoramica dei risultati scientifici iniziali nell’imaging combinato JWST PEARLS e DDT e nelle osservazioni spettroscopiche nel campo dell’ammasso G165 e della scoperta della SN, che è soprannominata ‘SN H0pe’ per il suo potenziale di misurare i ritardi temporali tra le immagini, e da esso, un valore per la costante di Hubble“, scrive il team internazionale guidato dalla cosmologa Brenda Frye dell’Università dell’Arizona.

Questo studio è il primo di una serie di articoli il cui obiettivo è quello di indagare SN H0pe, il cluster relativo e le sorgenti di lente“.

sn hope label
Immagine a colori dell’immagine centrale dell’obiettivo. H0pe è etichettato come SN 2a, SN 2b e SN 2c. ( Frye et al., arXiv, 2023)

H0 è una continua spina nel fianco della cosmologia. Pensiamo che l’Universo si stia espandendo a un ritmo accelerato ma gli scienziati non sono stati in grado di determinare con precisione quale sia questo tasso.

Esistono due metodologie principali utilizzate per calcolarlo. Il primo, basato sulla luce residua del Big Bang nello sfondo cosmico delle microonde, restituisce tipicamente un tasso di espansione di circa 67 chilometri al secondo per megaparsec. Il secondo metodo, basato sulla supernove Ia, le candele standard, fornisce circa 73 chilometri al secondo per megaparsec.



Le candele standard sono oggetti con luminosità intrinseca nota, come le supernove di tipo Ia o le stelle variabili Cefeidi. Se sai quanto è intrinsecamente luminosa una cosa, puoi calcolare quanto è lontana; e le supernove di tipo Ia raggiungono tutte lo stesso picco di luminosità intrinseca.

Il problema è che oltre una certa distanza percorsa dalla luce, piccoli oggetti come singole stelle e persino supernove sono molto difficili da vedere, il che rende le candele standard uno strumento inadeguato per misurare il tasso di espansione dell’Universo distante. Ma c’è un’eccezione a questa regola generale: la lente gravitazionale.

La lente gravitazionale è un fenomeno creato da una massa abbastanza pesante da indurre una significativa curvatura dello spazio-tempo. Qualsiasi luce che viaggia attraverso lo spazio-tempo deve viaggiare lungo la curvatura indotta nel tessuto della spazio-tempo dalle masse cui si avvicina, il che può creare alcuni effetti interessanti per qualsiasi osservatore dall’altra parte (noi). Questi effetti includono l’ingrandimento, la distorsione e la moltiplicazione di una singola sorgente luminosa.

gravitational lensing body
Diagramma che illustra la lente gravitazionale. ( NASA, ESA e L. Calçada )

È così che Frye e i suoi colleghi hanno trovato H0pe. JWST ha effettuato osservazioni profonde dell’Universo e nel farlo ha trovato molti oggetti interessanti grazie alle lenti gravitazionali.

I dati ottenuti durante più sessioni di osservazione hanno rivelato una galassia chiamata Arco 2, la cui luce era riflessa da un enorme ammasso di galassie in primo piano. Tali osservazioni hanno rivelato tre punti di luce che l’analisi ha rivelato essere la luce di una supernova di tipo Ia.

Gli astronomi parlano da tempo della possibilità di utilizzare la luce di una lente gravitazionale come mezzo per misurare la costante di Hubble. Questo perché, a causa del modo in cui lo spazio-tempo curva, alcune immagini impiegano più tempo per viaggiare nello spazio, il che significa che le immagini moltiplicate possono visualizzare la luce della sorgente così come appariva in momenti diversi.

Se la luce proviene da una candela standard, come una supernova di tipo Ia, dovrebbe essere più facile da calcolare rispetto, ad esempio, alla luce di una galassia. È stata scoperta solo una supernova più distante di H0pe, e non è stata fotografata; SN Wilson è stata scoperta osservando una galassia che si illuminava e si oscurava, coerentemente con la presenza al suo interno di una supernova.

Non abbiamo ancora questi calcoli. Questo documento è solo il primo di uno studio che presumibilmente richiederà tempo e approfondimenti. I documenti futuri esploreranno in dettaglio la spettroscopia che ha confermato l’identificazione di H0pe come supernova di tipo Ia, le misurazioni fotometriche del ritardo temporale, i modelli della lente e altre analisi.

E infine“, come scrivono i ricercatori, “le stime del ritardo temporale generate dai modelli di lenti, dalla fotometria, dalla spettroscopia e dalla combinazione ponderata di tutte le stime del ritardo temporale da questi modelli verranno utilizzate per misurare un valore per H0“.

La ricerca è stata inviata a The Astrophysical Journal ed è disponibile su arXiv.

2