Nel novembre del 2023 il telescopio Webb è stato puntato sull’ammasso di galassie Macs J0138.0-2155. Tuttavia, più che le galassie dell’ammasso, ben più interessante si è rivelato ciò che si trova alle sue spalle. In virtù di un fenomeno denominato lensing gravitazionale, la massa degli ammassi funge infatti da “lente”, deviando e amplificando la luce prodotta dalle galassie localizzate dietro di essi, e producendo immagini multiple e distorte di questi sistemi. In questo senso, gli ammassi di galassie costituiscono dei formidabili telescopi cosmici, in quanto consentono di osservare oggetti estremamente distanti, che risulterebbero altrimenti inaccessibili ai nostri strumenti.
Situata a dieci miliardi di anni luce dalla Terra, la galassia Mrg-M0138 è stata scoperta in prossimità dell’ammasso Macs J0138.0-2155 sfruttando il lensing gravitazionale. Questa sorgente remota è visibile in ben cinque immagini multiple dalla caratteristica forma arcuata che contraddistingue gli oggetti affetti dal lensing. Nel 2019, esaminando alcune immagini del telescopio Hubble risalenti a tre anni prima, alcuni ricercatori hanno individuato una supernova all’interno di questa galassia. Esplosioni di supernova nelle galassie situate dietro una lente gravitazionale sono state osservate piuttosto raramente – a oggi si contano meno di una dozzina di eventi.
Tuttavia questa è solo una parte della storia. Esaminando delle nuove immagini recentemente acquisite con il telescopio Webb è stata infatti individuata una seconda supernova in Mrg-M0138. È la prima volta che due supernove vengono scoperte nella stessa galassia grazie al lensing gravitazionale.
L’ammasso di galassie Macs J0138.0-2155 con uno zoom sulla galassia Mrg-M0138, visibile grazie al lensing gravitazionale. Le frecce indicano due immagini multiple della supernova scoperta recentemente dal telescopio spaziale James Webb, che appare come un “puntino” all’interno della galassia. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Stsci, J. Pierel, D. Newman
La scoperta è stata raccontata sul blog della Nasa dedicato al telescopio Webb dai ricercatori Justin Pierel e Andrew Newman, rispettivamente dello Space Telescope Science Institute di Baltimora e dell’Observatories of the Carnegie Institution for Science di Pasadena, entrambi negli Stati Uniti.
«Quando una supernova esplode dietro una lente gravitazionale, la sua luce raggiunge la Terra attraverso diversi percorsi. Potremmo paragonare questi percorsi a dei treni che partono da una stazione alla stessa ora, viaggiando alla stessa velocità e diretti alla stessa meta ma che, a causa delle differenze nella lunghezza del tragitto e nel terreno, non arrivano a destinazione nello stesso momento», spiegano i due autori della scoperta. «Allo stesso modo, le diverse immagini di una supernova dietro una lente gravitazionale appaiono agli astronomi nel corso di giorni, mesi o addirittura anni diversi. Misurando la differenza fra i tempi a cui appaiono le immagini, possiamo stimare come si evolve il tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble, misura che rappresenta una sfida cardine per la cosmologia». Attualmente i valori della costante di Hubble stimati con tecniche diverse risultano infatti inconsistenti fra loro, generando quella che viene chiamata tensione di Hubble.
Entrambe le supernove sono del tipo “Ia”. A differenza delle supernove di tipo II, che sopraggiungono nelle ultime fasi di vita delle stelle di grande massa, le supernove Ia sono esplosioni dovute all’accrescimento di materiale su una nana bianca da parte di una stella compagna. Raggiunto il valore limite pari a quasi una volta e mezzo la massa del Sole (massa di Chandrasekhar, dal fisico che per primo calcolò questo valore), la nana bianca collassa producendo una violenta esplosione. La peculiarità di queste esplosioni sta nel fatto che hanno una luminosità caratteristica nota con una certa accuratezza. Misurando di quanto l’emissione osservata appare attenuata rispetto al valore caratteristico, è dunque possibile stimare a quale distanza si trova la supernova.
Non è la prima volta che le supernove visibili grazie al lensing gravitazionale vengono utilizzate per misurare la costante di Hubble. I ricercatori hanno stimato che nuove immagini delle due supernove – ribattezzate rispettivamente Requiem, quella del 2016, ed Encore (‘Bis’, in italiano) – compariranno tra circa dodici anni.
La supernova Requiem immortalata da Hubble nel 2016 e la supernova Encore scoperta da Webb nel 2023. Le due esplosioni, indicate dai cerchi, sono visibili in diverse immagini multiple della galassia Mrg-M0138. Crediti: Nasa, Esa, Stsci, S. A. Rodney, G. Brammer; Nasa, Esa, Csa, Stsci, J. Pierel, A. Newman
Per studiare la supernova scoperta il mese scorso i ricercatori stanno usufruendo del cosiddetto Director’s Discretionary Time (“tempo a discrezione del direttore”) che viene destinato al monitoraggio di fenomeni astronomici improvvisi e variabili nel tempo. «Le supernove sono normalmente imprevedibili», dicono gli autori, «ma stavolta sappiamo quando e dove guardare per vedere le ultime immagini di Requiem ed Encore. Nuove osservazioni nell’infrarosso intorno al 2035 cattureranno il loro ultimo grido e consentiranno una nuova e precisa misura della costante di Hubble». Non ci resta che sperare che il telescopio Webb funzioni sino ad allora per immortalare delle nuove, straordinarie immagini delle due supernove.