Ora li vedi, ora non lo fai. Tre viste della stessa supernova appaiono nell'immagine del 2016 a sinistra, ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Ma sono spariti nell'immagine del 2019. La lontana supernova, chiamato Requiem, è incorporato nell'ammasso di galassie gigante MACS J0138. L'ammasso è così massiccio che la sua potente gravità piega e ingrandisce la luce della supernova, situato in una galassia molto dietro di esso. Chiamato lente gravitazionale, questo fenomeno divide anche la luce della supernova in più immagini speculari, evidenziato dai cerchi bianchi nell'immagine 2016. La supernova a immagini multiple scompare nell'immagine del 2019 dello stesso ammasso, A destra. L'istantanea, preso nel 2019, ha aiutato gli astronomi a confermare il pedigree dell'oggetto. Le supernovae esplodono e svaniscono nel tempo. I ricercatori prevedono che una replica della stessa supernova farà la sua comparsa nel 2037. La posizione prevista di quella quarta immagine è evidenziata dal cerchio giallo in alto a sinistra. La luce della Supernova Requiem ha avuto bisogno di circa 10 miliardi di anni per il suo viaggio, in base alla distanza della sua galassia ospite. La luce che Hubble ha catturato dall'ammasso, MACS J0138.0-2155, ci sono voluti circa quattro miliardi di anni per raggiungere la Terra. Le immagini sono state scattate alla luce del vicino infrarosso dalla Wide Field Camera 3 di Hubble. Credito:Elaborazione delle immagini:Joseph DePasquale (STScI)
È difficile fare previsioni, soprattutto in astronomia. Ci sono tuttavia, alcune previsioni su cui gli astronomi possono dipendere, come i tempi delle imminenti eclissi lunari e solari e il ritorno a orologeria di alcune comete.
Ora, guardando ben oltre il sistema solare, gli astronomi hanno aggiunto una solida previsione di un evento che si verifica nelle profondità dello spazio intergalattico:l'immagine di una stella che esplode, soprannominato Supernova Requiem, che apparirà intorno all'anno 2037. Sebbene questa ritrasmissione non sarà visibile ad occhio nudo, alcuni futuri telescopi dovrebbero essere in grado di individuarlo.
Si scopre che questa apparizione futura sarà la quarta vista conosciuta della stessa supernova, ingrandito, illuminato, e suddiviso in immagini separate da un enorme ammasso di galassie in primo piano che agisce come un obiettivo zoom cosmico. Tre immagini della supernova sono state trovate per la prima volta da dati d'archivio presi nel 2016 dal telescopio spaziale Hubble della NASA.
Le immagini multiple sono prodotte dalla potente gravità del mostro ammasso di galassie, che distorce e ingrandisce la luce della supernova molto dietro di essa, un effetto chiamato lente gravitazionale. Predetto per la prima volta da Albert Einstein, questo effetto è simile a una lente di vetro che piega la luce per ingrandire l'immagine di un oggetto distante.
Le tre immagini di supernova con lenti, visti come minuscoli punti catturati in una singola istantanea di Hubble, rappresentano la luce delle conseguenze esplosive. I punti variano in luminosità e colore, che significano tre diverse fasi dell'esplosione di dissolvenza mentre si raffreddava nel tempo.
"Questa nuova scoperta è il terzo esempio di una supernova a immagini multiple per la quale possiamo effettivamente misurare il ritardo nei tempi di arrivo, " ha spiegato il ricercatore capo Steve Rodney della University of South Carolina in Columbia. "È il più distante dei tre, e il ritardo previsto è straordinariamente lungo. Potremo tornare e vedere l'arrivo finale, che prevediamo sarà nel 2037, più o meno un paio d'anni".
La luce che Hubble ha catturato dall'ammasso, MACS J0138.0-2155, ci sono voluti circa quattro miliardi di anni per raggiungere la Terra. La luce della Supernova Requiem ha avuto bisogno di circa 10 miliardi di anni per il suo viaggio, in base alla distanza della sua galassia ospite.
La previsione del team dell'apparizione del ritorno della supernova si basa su modelli informatici dell'ammasso, che descrivono i vari percorsi che la luce della supernova sta prendendo attraverso il labirinto di materia oscura grumosa nel raggruppamento galattico. La materia oscura è un materiale invisibile che comprende la maggior parte della materia dell'universo ed è l'impalcatura su cui sono costruite le galassie e gli ammassi di galassie.
Ogni immagine ingrandita prende un percorso diverso attraverso l'ammasso e arriva sulla Terra in un momento diverso, dovuto, in parte, alle differenze nella lunghezza dei percorsi seguiti dalla luce della supernova.
"Ogni volta che un po' di luce passa vicino a un oggetto molto massiccio, come una galassia o un ammasso di galassie, la deformazione dello spazio-tempo che la teoria della relatività generale di Einstein ci dice è presente per qualsiasi massa, ritarda il viaggio della luce intorno a quella massa, " ha detto Rodney.
Confronta i vari percorsi luminosi della supernova con diversi treni che lasciano una stazione contemporaneamente, viaggiano tutti alla stessa velocità e diretti allo stesso luogo. Ogni treno, però, prende una strada diversa, e la distanza per ogni percorso non è la stessa. Poiché i treni viaggiano su binari di lunghezza diversa su terreni diversi, non arrivano a destinazione contemporaneamente.
Inoltre, l'immagine della supernova con l'obiettivo prevista per apparire nel 2037 è in ritardo rispetto alle altre immagini della stessa supernova perché la sua luce viaggia direttamente attraverso il centro dell'ammasso, dove risiede la quantità più densa di materia oscura. L'immensa massa dell'ammasso piega la luce, producendo il ritardo di tempo più lungo. "Questo è l'ultimo ad arrivare perché è come il treno che deve scendere in fondo a una valle e poi risalire. È il tipo di viaggio più lento per la luce, "Spiega Rodney.
Le immagini della supernova con l'obiettivo sono state scoperte nel 2019 da Gabe Brammer, un coautore dello studio presso il Cosmic Dawn Center presso il Niels Bohr Institute, Università di Copenaghen, in Danimarca. Brammer ha individuato le immagini specchiate della supernova mentre analizzava galassie lontane ingrandite da enormi ammassi di galassie in primo piano come parte di un programma Hubble in corso chiamato REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).
Stava confrontando i nuovi dati REQUIEM del 2019 con le immagini d'archivio scattate nel 2016 da un diverso programma scientifico Hubble. Un minuscolo oggetto rosso nei dati del 2016 ha attirato la sua attenzione, che inizialmente pensava fosse una galassia lontana. Ma era scomparso nelle immagini del 2019.
"Ma allora, su un'ulteriore ispezione dei dati 2016, Ho notato che in realtà c'erano tre oggetti ingranditi, due rosse e una viola, " ha spiegato. "Ciascuno dei tre oggetti è stato abbinato a un'immagine con l'obiettivo di una lontana galassia massiccia. Immediatamente mi ha suggerito che non si trattava di una galassia lontana, ma in realtà di una fonte transitoria in questo sistema che era svanita dalla vista nelle immagini del 2019 come una lampadina che si era spenta".
Brammer ha collaborato con Rodney per condurre un'ulteriore analisi del sistema. Le immagini della supernova con lenti sono disposte ad arco attorno al nucleo dell'ammasso. Appaiono come piccoli punti vicino alle caratteristiche arancioni macchiate che si pensa siano le istantanee ingrandite della galassia ospite della supernova.
Il coautore dello studio Johan Richard dell'Università di Lione in Francia ha prodotto una mappa della quantità di materia oscura nell'ammasso, dedotto dalla lente che produce. La mappa mostra le posizioni previste degli oggetti lenti. Si prevede che questa supernova riapparirà nel 2042, ma sarà così debole che il team di ricerca pensa che non sarà visibile.
Catturare la replica dell'evento esplosivo aiuterà gli astronomi a misurare i ritardi temporali tra tutte e quattro le immagini di supernova, che offrirà indizi sul tipo di terreno spaziale deformato che la luce della stella esplosa doveva coprire. Armato di quelle misure, i ricercatori possono mettere a punto i modelli che mappano la massa dell'ammasso. Lo sviluppo di mappe precise della materia oscura di enormi ammassi di galassie è un altro modo per gli astronomi di misurare il tasso di espansione dell'universo e studiare la natura dell'energia oscura, una misteriosa forma di energia che lavora contro la gravità e fa espandere il cosmo a un ritmo più veloce.
Questo metodo di ritardo è prezioso perché è un modo più diretto di misurare il tasso di espansione dell'universo, ha spiegato Rodney. "Questi lunghi ritardi sono particolarmente preziosi perché puoi ottenere un buon, misurazione precisa di quel ritardo se sei solo paziente e aspetti anni, in questo caso più di un decennio, per il ritorno dell'immagine finale, " ha detto. "Si tratta di un percorso completamente indipendente per calcolare il tasso di espansione dell'universo. Il vero valore in futuro sarà l'utilizzo di un campione più ampio di questi per migliorare la precisione".
L'individuazione di immagini di supernova con le lenti diventerà sempre più comune nei prossimi 20 anni con il lancio del telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA e l'inizio delle operazioni presso l'Osservatorio Vera C. Rubin. Entrambi i telescopi osserveranno ampie aree del cielo, che consentirà loro di individuare dozzine di altre supernove a più immagini.
I futuri telescopi come il James Webb Space Telescope della NASA potrebbero anche rilevare la luce della supernova Requiem in altre epoche dell'esplosione. I risultati della squadra appariranno il 13 settembre sulla rivista Astronomia della natura.
