Supernovae extragalattiche sotto lente di ingrandimento “gravitazionale”
La lente gravitazionale è un fenomeno relativistico di per sé molto interessante, dalle immagini suggestive, ma anche un ottimo strumento per lo studio di fenomeni altrimenti non osservabili. Le supernovae extragalattiche osservate con i telescopi spaziali ne sono un esempio.
Accade che la luce emessa da un corpo celeste, sia esso una stella, una galassia, un ammasso di galassie, ma anche la luce riflessa da un esopianeta, durante il suo percorso verso la Terra possa attraversare una regione in cui lo spazio è deformato.
La massa di un qualunque oggetto deforma lo spazio circostante: maggiore la massa maggiore sarà la deformazione dello spazio da essa prodotta. Questo fenomeno, predetto teoricamente da Einstein e descritto nella Relatività Generale, è stato e viene riscontrato in numerose osservazioni astronomiche.
La lente gravitazionale
Quando la luce emessa, come si diceva, da una stella, una galassia o ammasso di galassie passa vicino ad un oggetto molto massiccio, si ritrova ad attraversare una zona dello spazio deformata che ne devia la direzione e ne intensifica la luminosità. Proprio per questo motivo il fenomeno viene chiamato lente gravitazionale.
L’immagine di una stella o di una galassia, così lontane da non essere osservabili, grazie all’effetto lente gravitazionale diventa sufficientemente luminosa da divenire osservabile.
Ma non solo, la deviazione del percorso dovuta alla deformazione dello spazio permette alla stessa immagine stellare di superare ostacoli, dietro cui resterebbe nascosta, divenendo visibile all’osservatore.
A seconda della distribuzione di massa che produce la deformazione e a seconda della direzione della luce, la lente gravitazionale duplica, quadruplica o comunque moltiplica l’immagine dell’oggetto. Quindi, se si tratta della luce di una stella lontana, debole e nascosta dietro la massa che deforma lo spazio, si osserveranno 2, 4 immagini della stessa stella disposte ad esempio come le punte di una croce. Questa particolare configurazione è chiamata Croce di Einstein. In caso di perfetto allineamento tra il percorso della luce rispetto all'osservatore e la massa si può generare addirittura un anello, detto Anello di Einstein.
La lente gravitazionale, ad esempio, permette di ingrandire l'eclissi di pianeti molto lontani quando transitano davanti alla loro stella, transiti che altrimenti sarebbero non rilevabili. Questo effetto, detto di microlente gravitazionale, è uno dei metodi utilizzati nella ricerca di esopianeti.
La supernove e lente gravitazionale
Ma, la lente gravitazionale permette anche di scoprire eventi di supernova che avvengono in galassie così lontane che altrimenti sarebbero non rilevabili.
La luminosità prodotta dalla supernova è enorme, pur tuttavia quando questi eventi avvengono in galassie remote rimangono invisibili.
Un'eccezione è rappresentata proprio da quelle supernovae che subiscono l'effetto di lente gravitazionale. Grazie a questa, l'effetto di intensificazione le rende visibili.
Supernovae sono state scoperte dai telescopi spaziali Hubble e James Webb grazie alle lenti gravitazionali. Addirittura, osservazioni a distanza di anni hanno rivelato ben due supernovae nella stessa galassia.
Requiem ed Encore
Questi sono i nomi assegnati alle due supernovae scoperte a distanza di anni nell'ammasso di galassie MCS J0138.
Le prime osservazioni erano state effettuate da Hubble nel 2016 il quale aveva osservato tre immagini di una stessa supernova (identificata dai cerchietti nell'immagine di sinistra in copertina). Questa supernova è stata chiamata "Requiem".
La stessa lente è stata riosservata dal James Webb recentemente ed è stata scoperta una seconda supernova che, per effetto della lente gravitazionale, è sdoppiata in due immagini (anche queste individuate dai due cerchietti dell'immagine di destra in copertina).
Questa seconda supernova è stata chiamata "Encore" che significa "bis".
La massa che ha prodotto la deformazione dello spazio è un ammasso di galassie chiamato MACS J0138 e si trova al centro della lente (il centro dell'immagine di sinistra e destra. Di questo ammasso si vedono alcune delle galassie che lo costituiscono. Invece, le due strisce luminose a forma di arco sono l'immagine distorta della stessa galassia, fisicamente posizionata dietro l'ammasso di galassie MACS J0138, deformata ed amplificata in luminosità dall'effetto lente.
L'aumento temporaneo di luminosità di una supernova viene definito transiente. Il confronto tra immagini prese a distanza di tempo permette di scoprire questi transienti. In parole semplici, si vede un oggetto brillante lì dove in un'immagine precedente non si vedeva niente.
Perché cercare supernove
Le supernova sono interessanti sotto diversi punti di vista.
Alcuni tipi di supernova (ne esistono diverse classi in base alle caratteristiche spettrali e alla forma della loro curva di luce) sono delle ottime Candele standard, cioè permettono di misurare la distanza a cui si trovano le galassie in cui queste vengono osservate.
Le supernove sono il più efficiente meccanismo di arricchimento chimico delle galassie. Infatti, molti elementi della tavola periodica vengono prodotti durante l'esplosione e poi diffusi arricchendo chimicamente il mezzo interstellare
Quindi esse creano gli ingredienti per le successive generazioni di stelle.
Ma notevole è il contributo delle supernova alla nascita di nuove stelle anche sotto un altro aspetto.
L’onda d’urto prodotta dall’esplosione produce, soprattutto nelle nubi molecolari, variazioni di densità che innescano il processo di collasso che porterà alla nascita di stelle. Quindi le supernove rappresentano la morte di una stella ma nel contempo danno vita al processo di formazione di nuove stelle.