Lente gravitazionale ad anello Einstein: SDSS J163028.15 + 452036.2. Credito d'immagine: Hubble. clicca per ingrandire
Mentre Albert Einstein sviluppò la sua teoria della relatività generale quasi un secolo fa, propose che il campo gravitazionale proveniente da oggetti enormi potesse deformare drammaticamente lo spazio e deviare la luce.
L'illusione ottica creata da questo effetto si chiama lente gravitazionale. È l'equivalente della natura di avere una lente d'ingrandimento gigante nello spazio che distorce e amplifica la luce di oggetti più distanti. Einstein descrisse la lente gravitazionale in un articolo pubblicato nel 1936. Ma pensava che l'effetto fosse inosservabile perché le distorsioni ottiche prodotte dalle stelle in primo piano che deformavano lo spazio sarebbero state troppo piccole per essere misurabili dai più grandi telescopi del suo tempo.
Ora, quasi un secolo dopo, gli astronomi hanno combinato due potenti risorse astronomiche, il Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e il telescopio spaziale Hubble della NASA, per identificare 19 nuove galassie "con lente gravitazionale", aggiungendo significativamente alle circa 100 lenti gravitazionali precedentemente note. Tra questi 19, hanno trovato otto nuovi cosiddetti "anelli di Einstein", che sono forse la manifestazione più elegante del fenomeno delle lenti. Solo tre di questi anelli erano stati precedentemente visti in luce visibile.
Nella lente gravitazionale, la luce proveniente da galassie distanti può essere deviata sulla sua strada verso la Terra dal campo gravitazionale di qualsiasi oggetto massiccio che si trova sulla strada. Per questo motivo, vediamo la galassia distorta in un arco o in più immagini separate. Quando entrambe le galassie sono allineate esattamente, la luce forma un modello a occhio di bue, chiamato anello di Einstein, attorno alla galassia in primo piano.
Le lenti appena scoperte provengono da un progetto in corso chiamato Sloan Lens ACS Survey (SLACS). Un team di astronomi, guidato da Adam Bolton del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian a Cambridge, Massachusetts, e Leon Koopmans dell'Istituto astronomico Kapteyn nei Paesi Bassi, hanno selezionato gli obiettivi candidati tra diverse centinaia di migliaia di spettri ottici di galassie ellittiche in il Sloan Digital Sky Survey. Hanno quindi usato gli occhi acuti della Advanced Camera for Surveys di Hubble per confermare.
"L'enorme scala dell'SDSS, insieme alla qualità delle immagini del telescopio Hubble, ha aperto questa opportunità senza precedenti per la scoperta di nuovi obiettivi gravitazionali", ha spiegato Bolton. "Siamo riusciti a identificare quello su ogni 1.000 galassie che mostrano questi segni di lente gravitazionale di un'altra galassia".
Il team SLACS ha scansionato gli spettri di circa 200.000 galassie da 2 a 4 miliardi di anni luce di distanza. Il team era alla ricerca di prove chiare di emissioni dalle galassie due volte più lontane dalla Terra e direttamente dietro le galassie più vicine. Hanno quindi utilizzato la telecamera avanzata per sondaggi di Hubble per scattare immagini di 28 di queste galassie con lenti candidate. Studiando gli archi e gli anelli prodotti da 19 di questi candidati, gli astronomi possono misurare con precisione la massa delle galassie in primo piano.
Oltre a produrre forme strane, la lente gravitazionale fornisce agli astronomi la sonda più diretta della distribuzione della materia oscura nelle galassie ellittiche. La materia oscura è una forma invisibile ed esotica di materia che non è stata ancora osservata direttamente. Gli astronomi ne deducono l'esistenza misurando la sua influenza gravitazionale. La materia oscura è pervasiva all'interno delle galassie e costituisce la maggior parte della massa totale dell'universo. Cercando la materia oscura nelle galassie, gli astronomi sperano di ottenere informazioni sulla formazione della galassia, che deve essere iniziata attorno a concentrazioni grumose di materia oscura nell'universo primordiale.
"I nostri risultati indicano che, in media, queste" galassie a lente ellittica "hanno la stessa speciale struttura di densità di massa osservata nelle galassie a spirale", ha continuato Bolton. “Ciò corrisponde ad un aumento della proporzione di materia oscura rispetto alle stelle quando ci si allontana dal centro della galassia a lente e nella sua periferia più debole. E poiché queste gelassie per lenti sono relativamente brillanti, possiamo consolidare questo risultato con ulteriori osservazioni spettroscopiche basate sul terreno dei movimenti stellari nelle lenti. "
"Essere in grado di studiare queste e altre lenti gravitazionali nel lontano passato fino a diversi miliardi di anni ci consente di vedere direttamente se la distribuzione di massa oscura [invisibile] e visibile cambia con il tempo cosmico", ha aggiunto Koopmans. "Con queste informazioni, possiamo testare l'idea comune che le galassie si formano dalla collisione e dalle fusioni di galassie più piccole."
Lo Sloan Digital Sky Survey, da cui è stato selezionato il campione candidato all'obiettivo SLACS, è stato avviato nel 1998 con un telescopio terrestre su misura per misurare i colori e la luminosità di oltre 100 milioni di oggetti in un quarto del cielo e della mappa le distanze di un milione di galassie e quasar. "Questo tipo di indagine sulle lenti gravitazionali non era un obiettivo originale dell'SDSS, ma era reso possibile dall'eccellente qualità dei dati SDSS", ha affermato Scott Burles del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, Massachusetts, un membro del team SLACS e uno dei creatori di SDSS.
"Un ulteriore vantaggio delle grandi dimensioni del database SDSS è che possiamo progettare i nostri criteri di ricerca in modo da trovare gli obiettivi più adatti a specifici obiettivi scientifici", ha detto il membro del team SLACS Tommaso Treu dell'Università della California, Santa Barbara . “Mentre finora abbiamo selezionato le nostre galassie più grandi come nostri obiettivi, nelle prossime fasi del sondaggio stiamo prendendo di mira galassie con lenti più piccole. Ci sono stati suggerimenti che la struttura delle galassie cambia con la dimensione della galassia. Identificando questi rari oggetti "su richiesta", saremo presto in grado di testare per la prima volta se questo è vero. "
Aggiunto il membro del team SLACS Leonidas Moustakas del NASA Jet Propulsion Laboratory e del California Institute of Technology a Pasadena, in California: “Questi anelli di Einstein offrono anche una visione ingrandita senza rivali delle galassie con lenti, permettendoci di studiare le stelle e le storie di formazione di queste galassie lontane. "
L'indagine SLACS sta proseguendo e finora il team ha usato Hubble per studiare quasi 50 delle loro galassie con lenti in vista. Si prevede che il totale sarà più di 100, con molti più nuovi obiettivi tra loro. I risultati iniziali del sondaggio appariranno nel numero di febbraio 2006 del Astrophysical Journal e in altri due documenti che sono stati sottoposti a quel journal.
Fonte originale: Comunicato stampa Hubblesite
