martedì 24 marzo 2015

Una matrioska di supernovae

Avete presente quella sensazione di meraviglia che si ha quando si ha l'impressione di stare osservando qualcosa di eccezionale, semplicemente bello ma che, ancora una volta, conferma la potenza del metodo scientifico?

Va bene, ho esagerato. Ci riprovo. Avete presente quella sensazione di meraviglia che vi fa stropicciare gli occhi, quindi guardare di nuovo con la faccia ancora incredula? Ecco, adesso ci siamo. Questo è quello che gli astrofisici devono aver fatto quando hanno osservato questa immagine qui:


Cos'è? Scopriamolo insieme.

Vedete quell'immagine su cui viene fatto lo zoom? Si tratta di una galassia con quattro puntini. E fin qua ci siamo. Solo che ogni puntino rappresenta sempre la stessa supernova! Ma, come è possibile?

Potere delle lenti gravitazionali (tutti i dettagli in questo articolo scientifico uscito recentemente).

In parole povere (ma lo abbiamo già detto qui su Quantizzando) tra noi e la galassia c'è un ammasso di galassie (che sarebbe composto da alcune delle "palle" di luce presenti nell'immagine - che poi sarebbero altre galassie!); questo ammasso funge da lente (proprio come la lente di Sherlock Holmes) e vediamo le galassie lontane più grandi e più luminose; inoltre, magari, se la lente è abbastanza potente, si possono ottenere anche immagini multiple della stessa galassia lontana.
Questo è proprio ciò accade alla galassia nello zoom dell'immagine di sopra.

Ma non solo: in quella galassia c'è anche una supernova, come abbiamo già avuto modo di dire.
E tale supernova viene anch'essa moltiplicata, peggio dei pani e dei pesci! Quindi vediamo ben quattro immagini della medesima supernova.

Ora è tempo di domande: come facciamo a sapere che non si tratta di quattro supernove differenti piuttosto che della stessa quattro volte?
Risposta: dallo studio delle curve di luce (cioè un grafico che riporta la quantità di luce emessa al variare del tempo) proveniente dalle quattro immagini delle supernovae. In pratica, le curve di luce dei quattro puntini luminosi, cioè delle quattro supernovae, sono le stesse...più o meno!

Più o meno perché, in effetti, sono uguali, ma c'è un ritardo temporale. Ciò vuol dire che se le curve di luce vengono traslate di un certo intervallo temporale, quando vengono sovrapposte sono finalmente identiche.
Già, ma perché c'è un ritardo temporale nella luce delle immagini provenienti dalla stessa e unica supernova? Perché quello che avviene è ben descritto nella prossima immagine:

Ci tengo a precisare che il telescopio sulla Terra, in questa immagine, è leggermente sproporzionato, ma fa lo stesso.

Quindi la luce della supernova segue diverse traiettorie nello spazio-tempo e quindi non è affatto detto che impieghi lo stesso tempo ad arrivare al telescopio. Semplicemente dunque, la luce fa ritardo perché viaggia su strade diverse (maledette varianti gravitazionali!).
Quanto sono grandi questi ritardi? Giorni, al massimo un paio di settimane. Insomma qualcosa di umano e misurabile.

Ma questa non è la fine della storia! Infatti abbiamo detto che tra noi e una galassia lontana c'è un ammasso di galassie che funge da lente. Risultato, osserviamo immagini multiple della galassia. Nel nostro caso, poi, abbiamo pure una supernova nella galassia lontana. Giusto per riassumere un attimo.

Quindi, se tanto ci dà tanto, in ogni immagine della galassia lontana ci sono ulteriori immagini multipli della supernova: praticamente una matrioska!

Però (e qui c'è il però), gli astrofisici non hanno visto immagini multiple della supernova nelle altre immagini della galassia lontana. Ahia, ma come? E finora di cosa abbiamo parlato?

Ma aspettate, un attimo. Ricapitoliamo di nuovo.
Dunque, vediamo immagini multiple della galassia lontana e vabbé, colpa della lente gravitazionale.

Ad un certo istante in quella galassia lontana esplode una supernova. La luce di tale supernova viaggia nell'universo e, per il fatto che c'è un ammasso di galassie sulla sua strada, essa viaggia su diverse traiettorie e arriva con tempi differenti al nostro telescopio.

Ma attenzione! Questo dunque avviene per ogni singola immagine della galassia lontana!
Quindi ciò vuol dire che il quartetto di uguali supernovae apparirà in diversi istanti temporali in ognuna delle immagini della galassia lontana. Cioè un ritardo nel ritardo, pazzesco.

Oggi osserviamo la supernova (e i suoi effetti dovuti alla lente gravitazionale) solo in una immagine della galassia lontana.
Per questo, ci aspettiamo di osservare, tra qualche decina di anni magari, un quartetto di puntini anche in un'altra delle immagini della galassia lontana. Ma può anche darsi che, siccome una supernova, per sua natura, esplode, brilla per un po' e poi finisce, magari in una delle altre immagini il quartetto sia già apparso e scomparso!
Però pensate a questa cosa: oggi, adesso e qui, possiamo prevedere che tra una decina d'anni riusciremo a vedere altri quartetti della supernova, i cui fotoni, al momento, stanno viaggiando verso di noi. Davvero emozionante!

Ma perché tutto ciò è così importante? Perché in un bell'articolo scientifico del 1964, l'astronomo norvegese Sjur Refsdal ha proposto di misurare come varia la costante di Hubble al variare del tempo, proprio tramite l'utilizzo dei ritardi causati dal fenomeno di lente gravitazionale di supernovae.
E cosa ce ne facciamo? Beh, amici, la costante di Hubble in funzione del tempo (quello che, tecnicamente, si chiama parametro di Hubble) dipende da Tutto. E quando dico Tutto voglio dire tutto ciò che ci interessa: densità materia (oscura e non), densità di energia oscura e anche la curvatura dell'universo.
Wow! Ma non è fantastico? Finalmente possiamo usare un'idea pensata nel 1964!

E questo dovrebbe far capire che la scienza le risposte può darle, ma con i tempi giusti.
Come si suol dire, chi coglie il frutto acerbo si pente di averlo gustato. Diamo tempo alla scienza, tutto il tempo che le serve.