La lente Carosello, vista attraverso il telescopio spaziale Hubble. Crediti: William Sheu/Ucla
Con una scoperta rara e straordinaria, un gruppo di ricercatori ha identificato una configurazione unica di galassie che rappresenta la lente gravitazionale più allineata di sempre. L’hanno chiamata Carosello e permetterà di approfondire i misteri del cosmo, tra cui la materia e l’energia oscura.
La luce emessa da oggetti lontani, quando passa attraverso lo spaziotempo distorto da galassie o ammassi di galassie più vicini, può essere amplificata e curvata. In rari casi, gli oggetti si allineano (rispetto a noi, che li stiamo osservando) quasi perfettamente per formare una cosiddetta lente gravitazionale forte.
Grazie all’abbondanza di nuovi dati provenienti dal Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi) Legacy Imaging Surveys, alle recenti osservazioni del telescopio spaziale Hubble e al supercomputer Perlmutter del National Energy Research Scientific Computing Center (Nersc), i ricercatori si sono basati su studi precedenti (del maggio 2020 e del febbraio 2021) per identificare probabili candidati di lenti gravitazionali forti.
«Il nostro team ha cercato lenti forti e ha modellato i sistemi più validi», spiega Xiaosheng Huang, coautore dello studio e membro del Supernova Cosmology Project del Berkeley Lab, nonché professore di fisica e astronomia all’Università di San Francisco. «La lente Carosello è un incredibile allineamento di sette galassie in cinque raggruppamenti che si allineano quasi perfettamente dietro la lente dell’ammasso in primo piano. Quando appaiono attraverso la lente, le immagini multiple di ciascuna galassia sullo sfondo formano schemi circolari approssimativamente concentrici intorno alla lente in primo piano, come in un carosello. È una scoperta senza precedenti e il modello computazionale generato mostra una prospettiva molto promettente per la misurazione delle proprietà del cosmo, comprese quelle della materia oscura e dell’energia oscura».
«Si tratta di un “allineamento galattico” incredibilmente fortunato: un allineamento casuale di più galassie su una linea di vista che copre la maggior parte dell’universo osservabile», dichiara David Schlegel, coautore dello studio del Berkeley Lab. «Trovare uno di questi allineamenti è come trovare un ago in un pagliaio. Trovarli tutti è come trovare otto aghi allineati con precisione all’interno di quel pagliaio».
La lente Carosello è composta da un ammasso di galassie in primo piano (la lente) e da sette galassie sullo sfondo che coprono distanze cosmiche immense e che sono viste attraverso lo spaziotempo distorto gravitazionalmente intorno alla lente. La vedete nell’immagine riportata sotto, dove trovate anche delle etichette a indicare le varie galassie.
Immagine del telescopio spaziale Hubble della lente Carosello, ripresa in due esposizioni di 10 minuti, una con filtro ottico e l’altra con filtro infrarosso. Gli indicatori “L” vicino al centro (La, Lb, Lc e Ld) indicano le galassie più massicce dell’ammasso, situate a 5 miliardi di anni luce di distanza. Sette galassie (numerate da 1 a 7) – situate tra 2,6 e 7 miliardi di anni luce di distanza dalla lente – appaiono in iterazioni multiple e distorte (indicate dall’indice delle lettere di ciascun numero, ad esempio da “a” a “d”), viste attraverso la lente. Crediti: William Sheu (Ucla), Hst
L’ammasso della lente, a 5 miliardi di anni luce dalla Terra, è rappresentato dalle quattro galassie più luminose e massicce (indicate con La, Lb, Lc e Ld), che costituiscono il primo piano dell’immagine. Attraverso la lente appaiono sette galassie (numerate da 1 a 7), che si trovano molto lontano, a distanze comprese tra 7,6 e 12 miliardi di anni luce dalla Terra.
Le apparizioni ripetute di ciascuna galassia (indicate dalla lettera accanto a ciascun numero, ad esempio da “a” a “d”) mostrano differenze nella loro forma, curvandosi e allungandosi come se venissero riflesse da quei divertenti specchi deformanti che si trovano al luna park, causata in questo caso dalla deformazione dello spaziotempo intorno alla lente.
Se guardate con attenzione e cercate le varie immagini di una stessa galassia, vedrete che ce n’è una in particolare – la numero 4, con le apparizioni multiple 4a, 4b, 4c e 4d – che forma una Croce di Einstein – la più grande finora conosciuta. Questa rara configurazione di immagini multiple intorno al centro della lente è un’indicazione della distribuzione simmetrica della massa della lente (dominata dalla materia oscura invisibile) e gioca un ruolo chiave nel processo di modellazione della lente.
La lente Carosello consentirà ai ricercatori di studiare l’energia oscura e la materia oscura in modi completamente nuovi, grazie alla forza dei dati osservativi e del modello computazionale. «È un allineamento estremamente insolito, che di per sé fornirà un banco di prova per gli studi cosmologici», osserva Nathalie Palanque-Delabrouille, direttore della Divisione di Fisica del Berkeley Lab. «Mostra anche come l’imaging realizzato per Desi possa essere sfruttato per altre applicazioni scientifiche», come ad esempio l’indagine dei misteri della materia oscura e dell’accelerazione dell’espansione dell’universo, guidata dall’energia oscura.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “The Carousel Lens: A Well-modeled Strong Lens with Multiple Sources Spectroscopically Confirmed by VLT/MUSE” di William Sheu, Aleksandar Cikota, Xiaosheng Huang, Karl Glazebrook, Christopher Storfer, Shrihan Agarwal, David J. Schlegel, Nao Suzuki, Tania M. Barone, Fuyan Bian, Tesla Jeltema, Tucker Jones, Glenn G. Kacprzak, Jackson H. O’Donnell e Keerthi Vasan G. C.