Questo studio, che ha combinato le immagini del telescopio spaziale Hubble con le osservazioni spettroscopiche del GTC, ha confermato l'esistenza di un nuovo esempio di lente gravitazionale, un fenomeno previsto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. In questo caso, l'effetto osservato è dovuto all'alterazione causata da una galassia che si comporta come una lente di ingrandimento amplificando e distorcendo, in quattro immagini separate a forma di croce, la luce di un'altra galassia situata 20, 000 milioni di anni luce di distanza.

Una delle conclusioni più sorprendenti della teoria della relatività generale di Albert Einstein è che la traiettoria della luce si curva in presenza di materia. Questo effetto può essere osservato nel caso della luce emessa da una galassia lontana, quando la sua luce passa vicino a un'altra galassia nel suo cammino verso l'osservatore. Il fenomeno è noto come lente gravitazionale, perchè è paragonabile alla deviazione dei raggi luminosi da parte delle classiche lenti in vetro. Allo stesso modo, le lenti gravitazionali agiscono come lenti di ingrandimento che cambiano le dimensioni, forma, e l'intensità dell'immagine dell'oggetto distante.

A seconda del grado di allineamento delle due sorgenti, si possono osservare più immagini della fonte lontana, come quattro immagini separate a forma di croce (da cui il nome "croce di Einstein"), anelli, o archi. In generale è estremamente difficile individuare una lente gravitazionale, perché la separazione tra le immagini prodotte dall'obiettivo è solitamente molto piccola, richiedono immagini ad alta risoluzione per vederli. È stato proprio analizzando le immagini ad alta risoluzione del telescopio spaziale Hubble che è stato possibile individuare un asterismo che sembrava un nuovo esempio di croce di Einstein.

Una scoperta eccezionale

Però, avvistare quattro punti luce a forma di croce posizionati attorno a una galassia non ci assicura che si tratti di una lente, quindi dobbiamo mostrare che le 4 immagini appartengono allo stesso oggetto. Per fare questo sono necessarie osservazioni spettroscopiche. Per questa ragione, un team di scienziati italiani guidati da Daniela Bettoni dell'Osservatorio di Padova e Riccardo Scarpa dell'IAC, decise di osservare spettroscopicamente con GTC la presunta lente. Secondo Scarpa, "il risultato non avrebbe potuto essere migliore. L'atmosfera era molto pulita e con minime turbolenze (seeing), che ci ha permesso di separare nettamente l'emissione di tre delle quattro immagini. Lo spettro ci ha dato subito la risposta che cercavamo, la stessa riga di emissione dovuta all'idrogeno ionizzato è apparsa in tutti e tre gli spettri alla stessa lunghezza d'onda. Non c'era dubbio che fosse in realtà la stessa fonte di luce".

Era stata scoperta una nuova croce di Einstein, chiamato J2211-0350 in base alle sue coordinate nel cielo. L'oggetto che funge da lente risulta essere una galassia ellittica situata ad una distanza di circa 7 miliardi di anni luce (z =0,556), mentre la sorgente dista almeno 20 miliardi di anni luce (z =3.03). "Normalmente la sorgente è un quasar, è stato con grande sorpresa che ci siamo resi conto che la fonte in questo caso era un'altra galassia, infatti una galassia con righe di emissione molto intense che indicano che si tratta di un oggetto giovane che sta ancora formando grandi quantità di stelle", spiega Bettoni. Un bel risultato per GTC, considerando che si conosceva solo un altro obiettivo di questo tipo.

Nuovo strumento di ricerca

Grazie a queste nuove osservazioni, presentato in Il Giornale Astrofisico , gli astronomi hanno ora uno strumento in più per investigare l'Universo. Le lenti gravitazionali sono importanti perché permettono lo studio dell'Universo in un modo unico. Perché la luce delle diverse immagini, inizialmente la stessa luce, segue percorsi diversi nell'Universo, quindi eventuali differenze spettrali devono essere dovute al materiale che c'è tra noi e la sorgente. Inoltre, se la sorgente è variabile, possiamo vedere un ritardo temporale (un'immagine si illumina prima delle altre), che fornisce preziose informazioni sulla forma dell'Universo.

Certo, la massa della lente responsabile della flessione della luce può essere derivata con precisione, fornendo un importante metodo indipendente per pesare le galassie. Finalmente, come con una normale lente di vetro, la lente gravitazionale concentra verso di noi la luce della sorgente, rendendo possibile vedere oggetti intrinsecamente irraggiungibili. In questo caso si potrebbe calcolare che la sorgente è 5 volte più luminosa di quanto sarebbe senza l'obiettivo.