Il telescopio Euclid del ‘universo oscuro’ scopre un anello di Einstein mozzafiato nello spazio-tempo deformato (immagine)

Immagine della galassia NGC 6505: l’anello di Einstein creato da questa lente gravitazionale può essere visto al centro dell’immagine. Il telescopio spaziale Euclid ha scoperto per caso il suo primo anello di Einstein, ed è assolutamente stupefacente. Oltre al suo fascino estetico, questo anello di Einstein perfettamente circolare ha permesso ai ricercatori di “pesare” la materia oscura al centro di una galassia a quasi 600 milioni di anni luce di distanza. La navicella spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), lanciata nel luglio 2023, ha individuato la sua prima forte lente gravitazionale mentre iniziava a costruire la mappa 3D più precisa mai realizzata dell’universo. La mappa esplorerà 10 miliardi di anni di storia cosmica, aiutando gli scienziati a indagare sui misteri dell’universo oscuro: materia oscura ed energia oscura. Da qui il soprannome non ufficiale di Euclid “il detective dell’universo oscuro”. La lente gravitazionale in questione è la galassia NGC 6505, situata a circa 590 milioni di anni luce di distanza. Anche se sembra una distanza incredibile, è in realtà relativamente vicina per una lente gravitazionale. “Questa prima forte lente gravitazionale scoperta da Euclid ha caratteristiche uniche,” ha dichiarato in un comunicato Massimo Meneghetti, membro del team e ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica. “È davvero raro trovare una galassia relativamente vicina a noi, come questa trovata nel catalogo NGC (New Galaxy Catalog), uno dei cataloghi di galassie vicine che funge da forte lente gravitazionale.” Le galassie così vicine alla Via Lattea generalmente non sono in grado di focalizzare la luce delle sorgenti di fondo abbastanza fortemente da formare immagini multiple, a meno che non contengano enormi quantità di materia nelle loro regioni centrali. L’immagine ingrandita dell’anello di Einstein creato dalla lente gravitazionale sotto forma della galassia NGC 6505. La luce che forma il perfetto anello di Einstein visto da Euclid proviene da una galassia molto più distante. È così distante che ha viaggiato verso di noi per circa 4,4 miliardi di anni, il che significa che quando ha lasciato la sua sorgente, il sistema solare aveva circa 200 milioni di anni. Il team dietro questa ricerca l’ha soprannominata “lente di Altieri” dal suo scopritore, l’astronomo Bruno Altieri. “La formazione di anelli di Einstein completi come quello di NGC 6505 è un evento ancora più raro perché richiede che la galassia lente e la galassia sorgente siano perfettamente allineate con il nostro telescopio,” ha continuato Meneghetti. “Per questi motivi, non ci aspettiamo che Euclid osservi molte lenti come NGC 6505. Anche considerando la vasta area di cielo che sarà coperta durante la missione, ci aspettiamo di poter scoprire al massimo 20 lenti come questa.” Cosa sono gli anelli di Einstein? Un’infografica spiega i dettagli del lensing gravitazionale. Gli anelli di Einstein prendono il loro nome dal fisico più famoso della storia perché emergono da un elemento della teoria della relatività generale di Einstein del 1915, chiamato “lensing gravitazionale”. Come risultato del lensing gravitazionale, come spiegato sopra, un singolo corpo emittente luce di fondo può apparire in più punti in una singola immagine scattata da un telescopio come Euclid. Questi oggetti possono formare disposizioni come anelli di Einstein, croci di Einstein e persino più rari zig-zag di Einstein. La lente gravitazionale NGC 6505 è stata scoperta per caso in una delle prime porzioni di cielo osservate da Euclid, solo due mesi dopo il suo lancio nel luglio 2023 e durante la sua fase di verifica della missione. Come spiegato sopra, la distribuzione della luce da una sorgente di fondo è intrinsecamente legata alla massa della lente gravitazionale, in questo caso NGC 6505. Ciò significa che questo anello di Einstein può essere utilizzato come sonda della distribuzione di massa di quella galassia, inclusa la massa della sua materia oscura altrimenti invisibile. Inoltre, poiché la lente di Altieri ha un raggio più piccolo di NGC 6505, il team è stato in grado di indagare sulla composizione e struttura delle regioni centrali della galassia, dove è dominata dalle stelle e dove la materia oscura è meno prominente. “Poiché il lensing gravitazionale è il metodo più preciso per misurare la massa, combinando il modello dell’anello di Einstein e la distribuzione delle stelle nella galassia, siamo stati in grado di misurare che la frazione di massa composta da materia oscura al centro della lente è solo dell’11 percento,” ha detto Giulia Despali dell’Università di Bologna. “Ricordiamo che la materia oscura costituisce circa l’85 percento della materia totale nel nostro universo, quindi le regioni centrali delle galassie sono davvero peculiari.” Il team è stato in grado di misurare con precisione le proprietà di NGC 6505. Questo ha rivelato una struttura complessa che varia con la distanza dal centro. Sono stati anche in grado di stimare la proporzione di stelle a bassa massa rispetto a stelle ad alta massa, una qualità chiamata funzione di massa iniziale. “Le nuove osservazioni di Euclid, quindi, ci aiutano a comprendere meglio sia l’universo oscuro che i processi di formazione ed evoluzione delle galassie,” ha continuato Despali. Immagini come questo perfetto anello di Einstein sono manifestazioni di forte lensing gravitazionale, ma andando avanti, Euclid utilizzerà la minore distorsione gravitazionale del “lensing gravitazionale debole” per studiare l’universo oscuro. Anche se si prevede che Euclid scoprirà solo circa 20 eventi di forte lensing gravitazionale come la lente di Altieri, il telescopio spaziale dovrebbe trovare oltre centomila altre lenti gravitazionali nei 14.000 gradi quadrati di cielo che osserverà durante la sua missione. Il risultato sarà una mappa dettagliata della distribuzione della materia, sia visibile che oscura, nelle galassie e negli ammassi di galassie a varie distanze dall’universo locale. Pertanto, Euclid aiuterà a studiare la natura e l’evoluzione nel tempo sia della materia oscura che dell’energia oscura. La ricerca del team è stata pubblicata lunedì (10 febbraio) sulla rivista Astronomy & Astrophysics.