Quando cercano di studiare gli oggetti più distanti nell'universo, gli astronomi spesso fanno affidamento su una tecnica nota come lente gravitazionale. Basata sui principi della teoria della relatività generale di Einstein, questa tecnica prevede di fare affidamento su una grande distribuzione di materia (come un ammasso di galassie o una stella) per ingrandire la luce proveniente da un oggetto distante, facendola apparire più luminosa e più grande.
Questa tecnica ha permesso lo studio di singole stelle in galassie distanti. In un recente studio, un team internazionale di astronomi ha usato un ammasso di galassie per studiare la stella individuale più lontana mai vista nell'Universo. Sebbene normalmente svenire per osservare, la presenza di un ammasso di galassie in primo piano ha permesso al team di studiare la stella al fine di testare una teoria sulla materia oscura.
Lo studio che descrive la loro ricerca è recentemente apparso sulla rivista scientifica Astronomia della natura sotto il titolo "Ingrandimento estremo di una stella singola con spostamento verso il rosso 1.5 di una lente a grappolo di galassia". Lo studio è stato condotto da Patrick L. Kelly, assistente professore all'Università del Minnesota, e comprendeva membri dell'Osservatorio Las Cumbres, l'Osservatorio astronomico ottico nazionale, il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA), l'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) e diverse università e istituti di ricerca.
Per motivi di studio, il Prof. Kelly e i suoi collaboratori hanno utilizzato il cluster galassia noto come MACS J1149 + 2223 come obiettivo. Situato a circa 5 miliardi di anni luce dalla Terra, questo ammasso di galassie si trova tra il Sistema Solare e la galassia che contiene Icaro. Combinando la risoluzione e la sensibilità di Hubble con la forza di questa lente gravitazionale, il team è stato in grado di vedere e studiare Icarus, un gigante blu.
Icaro, dal nome della figura mitologica greca che volò troppo vicino al Sole, ha avuto una storia piuttosto interessante. A una distanza di circa 9 miliardi di anni luce dalla Terra, la stella ci appare come quando l'Universo aveva appena 4,4 miliardi di anni. Nell'aprile del 2016, la stella si è temporaneamente illuminata a 2.000 volte la sua normale luminosità grazie all'amplificazione gravitazionale di una stella in MACS J1149 + 2223.
Come ha spiegato la prof.ssa Kelly in un recente comunicato stampa dell'UCLA, ciò ha permesso temporaneamente a Icarus di diventare visibile per la prima volta agli astronomi:
"Puoi vedere singole galassie là fuori, ma questa stella è almeno 100 volte più lontana della prossima stella individuale che possiamo studiare, tranne che per le esplosioni di supernova."
Kelly e un team di astronomi stavano usando Hubble e MACS J1149 + 2223 per ingrandire e monitorare una supernova nella galassia a spirale distante nel momento in cui individuarono il nuovo punto di luce non molto lontano. Data la posizione della nuova fonte, hanno determinato che dovrebbe essere molto più ingrandito della supernova. Inoltre, studi precedenti su questa galassia non avevano mostrato la fonte di luce, indicando che era stata messa a fuoco.
Come Tommaso Treu, professore di fisica e astronomia presso l'UCLA College e coautore dello studio, ha indicato:
“La stella è così compatta che funge da foro stenopeico e fornisce un raggio di luce molto nitido. Il raggio brilla attraverso il gruppo di galassie in primo piano, fungendo da lente d'ingrandimento cosmica ... Trovare più eventi simili è molto importante per fare progressi nella nostra comprensione della composizione fondamentale dell'universo.
In questo caso, la luce della stella ha offerto un'opportunità unica per testare una teoria sulla massa invisibile (alias "materia oscura") che permea l'Universo. Fondamentalmente, il team ha utilizzato la fonte di luce millimetrica fornita dalla stella di fondo per sondare l'ammasso di galassie interveniente e vedere se conteneva un numero enorme di buchi neri primordiali, che sono considerati potenziali candidati per la materia oscura.
Si ritiene che questi buchi neri si siano formati durante la nascita dell'Universo e abbiano masse decine di volte più grandi del Sole. Tuttavia, i risultati di questo test hanno mostrato che fluttuazioni di luce dalla stella di fondo, che erano state monitorate da Hubble per tredici anni, smentisci questa teoria. Se la materia oscura fosse effettivamente formata da piccoli buchi neri, la luce proveniente da Icaro sarebbe sembrata molto diversa.
Da quando è stato scoperto nel 2016 usando il metodo della lente gravitazionale, Icaro ha fornito un nuovo modo per gli astronomi di osservare e studiare singole stelle in galassie lontane. In tal modo, gli astronomi sono in grado di ottenere uno sguardo raro e dettagliato sulle singole stelle dell'Universo primordiale e vedere come si sono evolute (e non solo galassie e ammassi) nel tempo.
Quando il James Webb Space Telescope (JWST) è stato implementato nel 2020, gli astronomi si aspettano di avere un aspetto ancora migliore e imparare molto di più su questo misterioso periodo della storia cosmica.
