Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno catturato un’immagine straordinaria di una supernova lontana in una galassia che sembra essere allungata come una caramella calda.
Tuttavia, la macchia dorata nasconde questa lente gravitazionale supernovache è stata soprannominata “supernova Hope”, non è notevole solo per il suo valore estetico. La supernova, esplosa quando l’universo di 13,8 miliardi di anni aveva appena circa 3,5 miliardi di anni, ci dice qualcosa su un enorme problema cosmologico chiamato “Tensione di Hubble.”
La tensione su Hubble deriva dal fatto che gli scienziati non riescono a mettersi d’accordo sulla velocità esatta espansione dell’universodettata dalla costante di Hubble. Fondamentalmente, il tasso può essere misurato partendo dall’universo locale (e quindi recente), per poi andare più indietro nel tempo – oppure può essere calcolato partendo dall’universo lontano (e quindi precoce), per poi procedere verso l’alto. Il problema è che entrambi i metodi forniscono valori che non concordano tra loro. È qui che entra in gioco il James Web Space Telescope (JWST).
Supernove con lente gravitazionale nel cosmo primordiale JWST sta osservando potrebbe fornire un terzo modo per misurare la velocità, aiutando potenzialmente a risolvere questo “problema di Hubble”.
“La supernova è stata chiamata ‘supernova Hope’ perché dà agli astronomi la speranza di comprendere meglio il cambiamento del tasso di espansione dell’universo”, ha detto Brenda Frye, leader del gruppo di studio e ricercatrice dell’Università dell’Arizona, in una conferenza della NASA. dichiarazione.
Questa indagine sulla supernova Hope è iniziata quando Frye e il suo team globale di scienziati hanno trovato tre curiosi punti di luce in un’immagine JWST di una stella distante e densamente affollata. ammasso di galassie. Quei punti luminosi nell’immagine non erano visibili quando il Telescopio spaziale Hubble ho ripreso lo stesso cluster, noto come PLCK G165.7+67.0 o, più semplicemente, G165, nel 2015.
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“Tutto è iniziato con una domanda del team: ‘Cosa sono quei tre punti che prima non c’erano? Potrebbe essere una supernova?'” Ha detto Frye. “Le analisi iniziali hanno confermato che questi punti corrispondevano a una stella in esplosione, con qualità rare.”
Lo spazio che circonda G165 è stato selezionato per il programma PEARLS perché è nel mezzo di “esplosione di stelle,” un periodo di intensa formazione stellare e la generazione di 300 masse solari di stelle all’anno. Tassi così elevati di formazione stellare sono correlati con casi più elevati di esplosioni di supernova.
La Supernova Hope è un tipo specifico di supernova chiamata a Supernova di tipo Ia. Queste supernovae si verificano in sistemi binari che contengono una stella della sequenza principale, come il Sole, e una stella che ha esaurito il suo combustibile per la fusione nucleare ed è diventata un involucro morto, chiamato nana bianca.
Se questi corpi stellari sono abbastanza vicini, la stella morta può comportarsi come un vampiro cosmicoprelevando plasma dalla stella vivente, o “donatrice”. Mentre ciò continua, il materiale si accumula fino a innescare un’esplosione termonucleare – esplosioni che vediamo come supernove di tipo Ia. A causa dell’uniformità dei loro lampi di luce, queste supernove sono uno strumento eccellente a cui possono ricorrere gli astronomi misurare le distanze cosmiche. Gli astronomi, quindi, si riferiscono alle supernove di tipo Ia come “candele standard.”
Un modo per ottenere un valore per la costante di Hubble è osservare le supernove di tipo Ia nell’universo locale per misurare le loro distanze da noi e le une dalle altre, e quindi misurare la velocità con cui si stanno allontanando. L’altra tecnica principale per misurare l’espansione dell’universo prevede l’osservazione dell’universo distante, quindi il calcolo della velocità con cui il cosmo si sta espandendo attraverso la deduzione.
Ma, ancora una volta, questi metodi non sono concordanti. Supernova Hope, tuttavia, potrebbe fungere da ponte tra le due tecniche.
Einstein dà una mano
Lente gravitazionale è un effetto previsto nella teoria della gravità magnum opus di Albert Einstein, creata nel 1915 e chiamata “relatività generale.”
La relatività generale suggerisce che gli oggetti dotati di massa causano la deformazione dello spaziotempo, l’unificazione quadridimensionale dello spazio e del tempo, con la gravità derivante da questa curvatura. Maggiore è la massa dell’oggetto, più estrema è la deformazione dello spazio e, quindi, maggiore è l’influenza gravitazionale dell’oggetto. Questo è ciò che fa sì che le lune orbitino attorno ai pianeti, i pianeti orbitino attorno alle stelle e le stelle orbitino attorno ai buchi neri supermassicci.
Questa deformazione dello spaziotempo ha anche un altro effetto interessante. Quando la luce passa davanti a un oggetto con una forte influenza di deformazione, un oggetto che ora chiameremo “lente gravitazionale”, il percorso della luce viene piegato attorno alla deformazione dell’oggetto. Il percorso che fa la luce dipende da quanto si avvicina alla lente gravitazionale.
Ciò significa che la luce proveniente dallo stesso oggetto può seguire percorsi piegati a gradi diversi e con lunghezze diverse. Pertanto, quella luce può arrivare a telescopi come il JWST in tempi diversi. Ecco come un oggetto sullo sfondo sottoposto a lente può sembrare “imbrattato” come una caramella gommosa o apparire dentro più luoghi nella stessa immagine.
Questo è ciò che sta accadendo alla supernova Hope in questa immagine mentre la sua luce attraversa la lente gravitazionale G165.
“La lente gravitazionale è importante per questo esperimento. La lente, costituita da un ammasso di galassie situato tra noi e la supernova, piega la luce della supernova in più immagini”, ha detto Frye. “Questo è simile a come uno specchio cosmetico a tre ante presenta tre diverse immagini di una persona seduta di fronte ad esso.”
Il ricercatore dell’Università dell’Arizona ha spiegato che l’effetto è stato dimostrato proprio davanti agli occhi del team nell’immagine G165 JWST, dove l’immagine della supernova centrale sembrava capovolta rispetto alle altre due immagini.
“Per ottenere tre immagini, la luce ha viaggiato lungo tre percorsi diversi. Poiché ciascun percorso aveva una lunghezza diversa e la luce viaggiava alla stessa velocità, la supernova è stata ripresa in questa osservazione JWST in tre momenti diversi durante la sua esplosione”, ha continuato Frye. “Nell’analogia dello specchio a tre ante, seguì un ritardo temporale in cui lo specchio di destra raffigurava una persona che sollevava un pettine, lo specchio di sinistra mostrava i capelli che venivano pettinati e lo specchio centrale mostrava la persona che metteva giù il pettine.
“Le immagini di supernova tripla sono speciali. I ritardi temporali, la distanza della supernova e le proprietà della lente gravitazionale forniscono un valore per la costante di Hubble.”
Il team ha seguito la supernova Hope con il JWST e con alcuni strumenti basati sulla Terra, incluso il telescopio MMT da 6,5 metri su Monte Hopkins e il Grande telescopio binoculare sul Monte Graham, entrambi situati in Arizona.
Ciò ha portato il team a confermare che la supernova Hope è ancorata a una galassia di fondo ben dietro l’ammasso di lente G165. La luce proveniente dall’esplosione cosmica ha viaggiato verso la Terra per 10,3 miliardi di anni, il che significa che questa nana bianca ha raggiunto la sua sommità solo 3,5 miliardi di anni dopo il Big Bang.
“Un altro membro del team ha effettuato un’altra misurazione del ritardo temporale analizzando l’evoluzione della sua luce dispersa nei suoi colori costituenti o ‘spettro’ dal JWST, confermando la natura di tipo Ia della supernova Hope”, ha detto Frye. “La Supernova Hope è una delle supernova di tipo Ia più distanti osservate fino ad oggi,”
Nonostante esista nell’universo primordiale, il valore della costante di Hubble fornito dalle osservazioni della supernova Hope sembra corrispondere alle misurazioni di altre candele standard nell’universo locale, in disaccordo quindi con le misurazioni di altri oggetti nell’universo primordiale.
“I risultati del nostro team sono di grande impatto”, ha concluso Frye. “Il valore della costante di Hubble corrisponde ad altre misurazioni nell’universo locale ed è in qualche modo in tensione con i valori ottenuti quando l’universo era giovane. Le osservazioni JWST nel Ciclo 3 miglioreranno le incertezze, consentendo vincoli più sensibili sulla costante di Hubble.”
La ricerca del team è in fase di revisione paritaria prima della pubblicazione.
