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Galassie sotto la lente di Einstein


Un team di astrofisici Usa ha utilizzato il fenomeno del lensing gravitazionale, previsto dalla Teoria della Relatività Generale, per spiare il comportamento del Cosmo primordiale.


La luce emessa dalle prime stelle accese nel Cosmo finisce sotto la lente degli scienziati. Gli astrofisici dell’University of California, Riverside hanno sfruttato uno dei fenomeni previsti dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein, per spiare i segreti del Cosmo primitivo.

Gli studiosi, come illustrato in una ricerca pubblicata su The Astrophysical Journal, hanno utilizzato il lensing gravitazionale – la deflessione della radiazione emessa da una sorgente luminosa distante, a causa della presenza di una massa posta tra la sorgente e l’osservatore – per studiare l’Universo primordiale appena emerso da un “periodo buio”, la cosiddetta Dark Age.

Durante l’Età Oscura dell’Universo tutta la radiazione elettromagnetica era assorbita dall’idrogeno neutro, principale costituente del Cosmo primitivo, creando come una nebbia. Questa condizione di buio ha rappresentato un limite alla possibilità degli scienziati di studiare l’evoluzione cosmologica nel periodo compreso tra circa 400 mila e 1 miliardo di anni dopo il Big Bang.

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Poi la radiazione emessa dalle prime stelle formatesi all’interno delle galassie primordiali ha privato idrogeno ed elio circostante dei propri elettroni, rendendo di nuovo l’Universo trasparente. È la cosiddetta reionizzazione, che ha consentito alla luce delle galassie distanti di attraversare il Cosmo, fino a raggiungere i telescopi degli astronomi.

Questo fenomeno è, però, sottostimato, secondo le misure indirette fatte finora dagli scienziati. Molti dei fotoni ionizzanti emessi dalle prime stelle spesso sfugge al computo degli studiosi. È, infatti, difficile osservarli direttamente, poiché molte delle prime stelle responsabili della reionizzazione hanno avuto una vita relativamente breve, e si sono formate all’interno di nuvole di gas molto dense, dalle quali non è semplice per i fotoni fuggire via.

Finora, gli studiosi hanno adoperato metodi indiretti per studiare le vie di fuga di questi fotoni dalle galassie primordiali. Adesso, gli astrofisici californiani hanno, invece, provato a osservarli direttamente, attraverso il lensing gravitazionale.

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Nella loro ricerca si sono concentrati, in particolare, sui fotoni che fuggono via da un sistema di due galassie a forma di ferro di cavallo, il cosiddetto Cosmic Horseshoe, scoperto nel 2007 nella costellazione del Leone. Un sistema immortalato dal telescopio spaziale Hubble, in cui il ferro di cavallo è, in realtà, una galassia distante.

La sua luce, infatti, per effetto della curvatura dello spazio-tempo indotta dalla presenza di una seconda galassia lungo la linea di osservazione – la galassia massiccia rossa in primo piano nella foto di Hubble -, è stata amplificata e deformata, mostrandosi ai nostri occhi come un anello quasi completo. Un ferro di cavallo, per l’appunto. La galassia in primo piano, grazie alla distorsione gravitazionale dello spazio-tempo, agisce così da lente d’ingrandimento, facendo vedere meglio cosa si cela più lontano, e quindi più indietro nel tempo.

Dalle analisi condotte dagli astrofisici californiani si ricava, a sorpresa, che la frazione di fotoni ionizzanti emessi dalla galassia primordiale è pari a circa l’8%, cinque volte più bassa di quanto previsto dai modelli indiretti usati in precedenza dagli astronomi.

“Le conclusioni del nostro studio – sottolinea Brian Siana, coautore della ricerca – dimostrano come la radiazione ionizzante emessa dalle galassie primordiali sia probabilmente sovrastimata. Questo dato – conclude lo studioso – apre una questione: se le galassie da sole siano responsabili della reionizzazione dell’Universo”.

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