Da quasi un secolo gli scienziati sanno che l’universo si sta espandendo, ma il tasso esatto di questa espansione è ancora incerto. Questo dibattito in corso ha persino sollevato dubbi sul modello cosmologico standard. Ora, i ricercatori dell’Università Tecnica di Monaco (TUM), dell’Università Ludwig Maximilian (LMU) e degli Istituti Max Planck MPA e MPE hanno identificato e analizzato un tipo di supernova estremamente raro che potrebbe fornire un nuovo metodo indipendente per misurare la velocità di espansione dell’universo.
L’oggetto al centro di questa scoperta è una supernova superluminosa situata a circa 10 miliardi di anni luce di distanza. Brilla molto più intensamente delle tipiche esplosioni stellari. Ciò che la rende particolarmente straordinaria è il suo aspetto nel cielo. Invece di un singolo punto luminoso, appare cinque volte distinte, creando uno spettacolo cosmico impressionante causato dalla lente gravitazionale.
Mentre la luce della supernova viaggia verso la Terra, passa vicino a due galassie in primo piano. La loro gravità curva la luce e la indirizza lungo percorsi multipli. Poiché ogni percorso ha una lunghezza leggermente diversa, la luce di ciascuna immagine arriva in momenti diversi. Misurando con precisione questi ritardi, gli scienziati possono calcolare l’attuale tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble.
Sherry Suyu, professoressa associata di cosmologia osservativa alla TUM e membro del Max Planck Institute for Astrophysics, spiega: “Abbiamo soprannominato questa supernova SN Winny, ispirandoci alla sua designazione ufficiale SN 2025wny. Si tratta di un evento estremamente raro che potrebbe svolgere un ruolo chiave nel migliorare la nostra comprensione del cosmo. La probabilità di trovare una supernova superluminosa perfettamente allineata con una lente gravitazionale adatta è inferiore a una su un milione. Abbiamo trascorso sei anni alla ricerca di un evento del genere, compilando un elenco di lenti gravitazionali promettenti, e nell’agosto del 2025, SN Winny si è allineata esattamente con una di esse.”
L’imaging ad alta risoluzione rivela un sistema unico
Le supernove con effetto lente gravitazionale sono estremamente rare, il che significa che finora sono state effettuate solo poche misurazioni di questo tipo. La loro affidabilità dipende in larga misura dalla precisione con cui gli scienziati riescono a determinare le masse delle galassie che curvano la luce, poiché tali masse controllano l’intensità dell’effetto lente.
Per migliorare tali misurazioni, i ricercatori del MPE e della LMU hanno utilizzato il Large Binocular Telescope in Arizona, negli Stati Uniti. Dotato di due specchi da 8,4 metri e di un sistema di ottica adattiva che riduce la distorsione atmosferica, il telescopio ha prodotto la prima immagine a colori ad alta risoluzione di questo sistema.
L’immagine mostra due galassie lente al centro, circondate da cinque punti luminosi bluastri che rappresentano le immagini multiple della supernova. Questa configurazione è insolita, poiché la maggior parte dei sistemi simili produce solo due o quattro immagini. Analizzando le posizioni di tutte e cinque le immagini, Allan Schweinfurth (TUM) e Leon Ecker (LMU), giovani membri del team, hanno creato il primo modello dettagliato di come la massa è distribuita nelle galassie lente.
“Finora, la maggior parte delle supernove con effetto lente gravitazionale erano state ingrandite da massicci ammassi di galassie, le cui distribuzioni di massa sono complesse e difficili da modellare”, afferma Allan Schweinfurth. “SN Winny, tuttavia, è distorta dall’effetto lente di sole due galassie. Abbiamo riscontrato distribuzioni di luce e massa complessivamente uniformi e regolari per queste galassie, il che suggerisce che non si siano ancora scontrate in passato, nonostante la loro apparente vicinanza. La semplicità complessiva del sistema offre un’entusiasmante opportunità per misurare il tasso di espansione dell’universo con elevata precisione.”
Due metodi, due risultati molto diversi
Attualmente, gli astronomi si affidano a due approcci principali per misurare la costante di Hubble, ma questi non concordano tra loro. Questa discrepanza è nota come tensione di Hubble.
Un metodo si concentra sulle galassie vicine e costruisce le misurazioni delle distanze passo dopo passo, in modo simile a salire una scala. Poiché ogni passo dipende dal precedente, questo approccio è chiamato scala delle distanze cosmiche. Utilizza oggetti con luminosità nota per stimare le distanze, quindi confronta queste distanze con la velocità con cui le galassie si allontanano. Tuttavia, poiché prevede molti passaggi di calibrazione, piccole incertezze possono accumularsi e influenzare il risultato finale.
Il secondo metodo esamina l’universo primordiale studiando la radiazione cosmica di fondo, la debole radiazione residua del Big Bang. Utilizzando modelli di come si è evoluto l’universo, gli scienziati possono calcolare l’attuale tasso di espansione. Sebbene questo metodo sia molto preciso, dipende fortemente da ipotesi sulla storia dell’universo, che sono tuttora oggetto di studio e dibattito.
Un nuovo metodo in un solo passaggio per misurare la costante di Hubble
Sta emergendo una terza tecnica basata sulle supernove con lente gravitazionale come SN Winny. Stefan Taubenberger, membro chiave del team del professor Suyu e autore principale dello studio sull’identificazione delle supernove, spiega che la misurazione dei ritardi temporali tra le immagini multiple, combinata con la conoscenza della massa delle galassie che fungono da lente, permette agli scienziati di determinare direttamente la costante di Hubble: “A differenza della scala delle distanze cosmiche, questo è un metodo in un solo passaggio, con un numero inferiore di fonti di incertezza sistematica, e completamente diverse”.
Gli astronomi di tutto il mondo continuano a osservare la supernova Winny utilizzando telescopi sia terrestri che spaziali. Si prevede che queste osservazioni forniranno nuovi dati importanti che potrebbero contribuire a risolvere l’annoso disaccordo sulla velocità di espansione dell’universo.
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