Tre visioni della stessa supernova appaiono nell’immagine del 2016 (a sinistra), scattata dal telescopio spaziale Hubble, che risultano sparite nell’immagine di destra, del 2019. La lontana supernova, chiamata Requiem, fa parte del gigantesco ammasso di galassie Macs J0138. L’ammasso è così massiccio che la sua potente gravità piega e ingrandisce la luce della supernova, situata in una galassia che si trova molto più indietro. Questo fenomeno, che prende il nome di lente gravitazionale, divide la luce della supernova in più immagini speculari, evidenziate dai cerchi bianchi nell’immagine del 2016. Considerando che le supernove svaniscono nel tempo, l’istantanea scattata nel 2019 ha aiutato gli astronomi a confermare la natura dell’oggetto. I ricercatori prevedono che una replica della stessa supernova farà la sua comparsa più o meno nel 2037, nella presunta posizione evidenziata dal cerchio giallo in alto a sinistra. Crediti: Joseph DePasquale (Stscl)
L’hanno soprannominata Supernova Requiem, l’esplosione stellare che il telescopio spaziale Hubble potrebbe catturare nel 2037 circa. La previsione, descritta in uno studio condotto da un team internazionale di astronomi e pubblicato su Nature Astronomy, si basa su modelli computerizzati che descrivono i percorsi che la luce della supernova prende attraversando l’agglomerato di materia oscura dell’ammasso di galassie che si trova davanti.
Questa apparizione sarà la quarta della stessa supernova, già osservata nel 2016 e poi scomparsa. Tre immagini dell’esplosione erano infatti già state individuate da Gabe Brammer, coautore dello studio e ricercatore al Cosmic Dawn Center del Niels Bohr Institute in Danimarca, mentre stava studiando galassie lontane durante un programma Hubble chiamato Resolved Quiescent Magnified Galaxies (Requiem).
La supernova che vediamo nella prima immagine del 2016 ci appare divisa in tre punti luminosi, disposti ad arco intorno a macchie arancioni che si pensa siano istantanee ingrandite della galassia che la ospita. Questo succede perché noi osserviamo l’esplosione attraverso un ammasso di galassie (Macs J0138.0-2155) che si frappone tra la supernova e la Terra e che agisce come una lente gravitazionale. Il fenomeno è una conseguenza della relatività di Einstein: l’enorme massa dell’ammasso curva lo spazio, e quindi la luce alle sue spalle – che non viaggia più in linea in retta ma segue la curvatura dello spazio – arriva a noi distorta. Inoltre la lente si comporta come una sorta di zoom cosmico, ingrandendo gli oggetti lontanissimi. «La deformazione dello spaziotempo» spiega Steve Rodney, ricercatore alla University of South Carolina e primo autore dello studio, «ritarda il viaggio della luce attorno a quella massa».
Possiamo paragonare i diversi percorsi della luce a treni che partono contemporaneamente dalla stessa stazione, viaggiano alla stessa velocità e si dirigono verso la stessa destinazione. Tuttavia, viaggiano su binari di diversa lunghezza e quindi non arriveranno mai nello stesso momento.
L’immagine della supernova prevista 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 materia oscura più densa. Il quarto scatto della supernova, chiarisce Rodney, lo vedremo a distanza di tempo perché è come se il treno dovesse scendere in fondo a una valle e risalire di nuovo.
In base alla lontananza della sua galassia ospite, sappiamo che la luce della Supernova Requiem ha avuto bisogno di circa dieci miliardi di anni per arrivare fino a noi, mentre quella dell’ammasso ha impiegato circa quattro miliardi di anni per il viaggio. Le immagini della supernova, filtrate dalla lente gravitazionale e catturate da una singola istantanea di Hubble, variano in luminosità e colore, il che significa che rappresentano tre diverse fasi dell’esplosione, con una conseguente dissolvenza dovuta al progressivo raffreddamento.
«Questa nuova scoperta è il terzo esempio di una supernova a immagini multiple di cui possiamo effettivamente quantificare il ritardo dell’arrivo», ricorda Rodney. «È la più distante delle tre e il ritardo previsto è straordinariamente lungo. Potremo tornare indietro e vedere l’evento finale, che prevediamo sarà più o meno nel 2037».
Johan Richard, astronomo all’Università di Lione e coautore dello studio, ha realizzato una mappa della quantità di materia oscura nell’ammasso, dedotta dall’effetto lente che produce. La mappa mostra le posizioni previste degli oggetti, in base alle quali si ipotizza che questa supernova riapparirà ancora nel 2042, ma sarà così debole che probabilmente non sarà visibile.
Catturare la replica dell’evento esplosivo aiuterebbe gli astronomi a studiare i tempi che intercorrono tra un’immagine e l’altra, e questo fornirebbe dettagli sul tipo di materia che deforma la luce. Eventuali mappature dell’ammasso, che tengano conto della materia oscura, contribuirebbero a misurare il tasso di espansione dell’universo con più precisione e a indagare la natura dell’energia oscura, una misteriosa forma di energia che agisce contro la gravità e fa espandere il cosmo a un ritmo più veloce.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “A gravitationally lensed supernova with an observable two-decade time delay” di Steven A. Rodney, Gabriel B. Brammer, Justin D. R. Pierel, Johan Richard, Sune Toft, Kyle F. O’Connor, Mohammad Akhshik & Katherine E. Whitaker