Imaging del telescopio spaziale Hubble della lente gravitazionale ESO325-G004. Credito:NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA).
Un team internazionale di astronomi ha effettuato il test più preciso della gravità al di fuori del nostro sistema solare.
Combinando i dati acquisiti con il telescopio spaziale Hubble della NASA e il Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale, i loro risultati mostrano che la gravità in questa galassia si comporta come previsto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, confermando la validità della teoria su scala galattica.
Nel 1915 Albert Einstein propose la sua teoria della relatività generale (GR) per spiegare come funziona la gravità. Da allora GR ha superato una serie di test di alta precisione all'interno del sistema solare, ma non ci sono stati test precisi di GR su grandi scale astronomiche.
È noto dal 1929 che l'Universo si sta espandendo, ma nel 1998 due squadre di astronomi hanno mostrato che l'Universo si sta espandendo più velocemente di quanto non fosse in passato. Questa sorprendente scoperta, che ha vinto il Premio Nobel nel 2011, non può essere spiegata a meno che l'Universo non sia costituito principalmente da una componente esotica chiamata energia oscura. Però, questa interpretazione si basa sul fatto che GR sia la teoria corretta della gravità su scale cosmologiche. Testare le proprietà della gravità a lunga distanza è importante per convalidare il nostro modello cosmologico.
Un team di astronomi, guidato dal Dr. Thomas Collett dell'Istituto di Cosmologia e Gravitazione dell'Università di Portsmouth, utilizzò una galassia vicina come lente gravitazionale per eseguire un preciso test di gravità su scale di lunghezza astronomiche.
Il dottor Collett ha detto:"La Relatività Generale prevede che gli oggetti massicci deformino lo spazio-tempo, questo significa che quando la luce passa vicino a un'altra galassia il percorso della luce viene deviato. Se due galassie sono allineate lungo la nostra linea di vista questo può dar luogo a un fenomeno, chiamata lente gravitazionale forte, dove vediamo più immagini della galassia di sfondo. Se conosciamo la massa della galassia in primo piano, quindi la quantità di separazione tra le immagini multiple ci dice se la Relatività Generale è la teoria corretta della gravità su scale galattiche."
Si conoscono poche centinaia di lenti gravitazionali potenti, ma la maggior parte sono troppo distanti per misurare con precisione la loro massa, quindi non possono essere utilizzati per testare con precisione GR. Però, la galassia ESO325-G004 è tra le lenti più vicine, a 500 milioni di anni luce dalla Terra.
La lente gravitazionale della galassia LRG 3-757 ripresa con la Wide Field Camera 3 del telescopio spaziale Hubble. Credito:ESA/Hubble e NASA.
Il dottor Collett continua:"Abbiamo usato i dati del Very Large Telescope in Cile per misurare la velocità con cui si muovevano le stelle nell'E325—questo ci ha permesso di dedurre quanta massa deve esserci nell'E325 per tenere queste stelle in orbita. Abbiamo quindi confrontato questo massa alle forti separazioni delle immagini delle lenti che abbiamo osservato con il telescopio spaziale Hubble e il risultato è stato proprio quello che GR prevede con una precisione del 9%. Questo è il test extrasolare più preciso di GR fino ad oggi, da una sola galassia."
"L'Universo è un posto fantastico che fornisce tali lenti che possiamo poi usare come nostri laboratori, " aggiunge il professor Bob Nichol, membro del team, Direttore dell'Istituto di Cosmologia e Gravitazione. "È così soddisfacente utilizzare i migliori telescopi del mondo per sfidare Einstein, solo per scoprire quanto avesse ragione".
La ricerca è pubblicata oggi sulla rivista Scienza .
Un'immagine della vicina galassia ESO 325-G004, creato utilizzando i dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e dallo strumento MUSE sul VLT. Il MUSE ha misurato la velocità delle stelle in ESO 325-G004 per produrre la mappa di dispersione della velocità che è sovrapposta all'immagine del telescopio spaziale Hubble. La conoscenza delle velocità delle stelle ha permesso agli astronomi di dedurre la massa di ESO 325-G004. L'inserto mostra l'anello di Einstein risultante dalla distorsione della luce proveniente da una fonte più lontana dall'intervento della lente ESO 325-004, che diventa visibile dopo la sottrazione della luce dell'obiettivo in primo piano. Credito:ESO, ESA/Hubble, NASA