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La misurazione della costante di Hubble, la velocità con cui l’universo si sta espandendo, è un’area di ricerca attiva tra gli astronomi di tutto il mondo che analizzano i dati provenienti da osservatori terrestri e spaziali.
La misurazione della costante di Hubble, la velocità con cui l’universo si sta espandendo, è un’area di ricerca attiva tra gli astronomi di tutto il mondo che analizzano i dati provenienti da osservatori terrestri e spaziali.
Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha già contribuito a questa discussione in corso.
All’inizio di quest’anno, gli astronomi hanno utilizzato i dati Webb contenenti variabili Cefeidi e supernovae di tipo Ia, marcatori di distanza affidabili per misurare il tasso di espansione dell’universo, per confermare le precedenti misurazioni del telescopio spaziale Hubble della NASA.
Ora, i ricercatori stanno utilizzando un metodo di misurazione indipendente per migliorare ulteriormente la precisione della costante di Hubble: le supernove con lente gravitazionale.
Brenda Frye dell’Università dell’Arizona, e un team di molti ricercatori provenienti da diverse istituzioni in tutto il mondo, stanno guidando questo sforzo dopo la scoperta di Webb di tre punti di luce in direzione di un ammasso di galassie distante e densamente popolato.
“Tutto è iniziato con una domanda da parte del team: ‘Cosa sono quei tre punti che prima non c’erano? Potrebbe essere una supernova?’ I punti di luce, non visibili nell’imaging Hubble del 2015 dello stesso ammasso, erano evidenti quando le immagini di PLCK G165.7+67.0 sono arrivate sulla Terra dal programma “Clusters” Guaranteed Time Observations of the Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) di Webb. Il team osserva che la domanda è stata la prima a venire in mente per una buona ragione: “Il campo di G165 è stato selezionato per questo programma a causa del suo alto tasso di formazione stellare di oltre 300 masse solari all’anno, un attributo che è correlato a tassi di supernova più elevati”.
“Le analisi iniziali hanno confermato che questi punti corrispondevano a una stella che esplodeva, con qualità rare. Innanzitutto, è una supernova di tipo Ia, un’esplosione di una stella nana bianca. Questo tipo di supernova è generalmente chiamato “candela standard”, il che significa che la supernova aveva una luminosità intrinseca nota. In secondo luogo, è dotato di lente gravitazionale.
“La lente gravitazionale è importante per questo esperimento. La lente, costituita da un ammasso di galassie che si trova tra la supernova e noi, piega la luce della supernova in immagini multiple. Questo è simile a come uno specchio cosmetico a tre ante presenta tre diverse immagini di una persona seduta di fronte ad esso. Nell’immagine di Webb, questo è stato dimostrato proprio davanti ai nostri occhi in quanto l’immagine centrale è stata capovolta rispetto alle altre due immagini, un effetto di “lente” previsto dalla teoria.
“Per ottenere tre immagini, la luce ha viaggiato lungo tre percorsi diversi. Poiché ogni percorso aveva una lunghezza diversa e la luce viaggiava alla stessa velocità, la supernova è stata ripresa in questa osservazione di Webb in tre momenti diversi durante la sua esplosione. Nell’analogia dello specchio a tre pieghe, ne è seguito un ritardo temporale in cui lo specchio di destra raffigurava una persona che sollevava un pettine, lo specchio di sinistra mostrava i capelli pettinati e lo specchio centrale mostrava la persona che posava il pettine.
“Le immagini delle supernove a tre pieghe sono speciali: i ritardi temporali, la distanza della supernova e le proprietà della lente gravitazionale producono un valore per la costante di Hubble. La supernova è stata chiamata SN H0pe poiché dà agli astronomi la speranza di comprendere meglio il tasso di espansione dell’universo.
“Nel tentativo di esplorare ulteriormente SN H0pe, il team di PEARLS-Clusters ha scritto un Proposta di tempo discrezionale del direttore (DDT) che è stato valutato da esperti scientifici in una revisione a doppio anonimato e raccomandato dal Webb Science Policies Group per le osservazioni del DDT. Parallelamente, i dati sono stati acquisiti presso l’MMT, un telescopio da 6,5 metri sul Monte Hopkins, e il Large Binocular Telescope sul Monte Graham, entrambi in Arizona. Analizzando entrambe le osservazioni, il nostro team è stato in grado di confermare che SN H0pe è ancorata a una galassia di fondo, ben dietro l’ammasso, che esisteva 3,5 miliardi di anni dopo il big bang.
SN H0pe è una delle supernovae di tipo Ia più distanti osservate fino ad oggi. Un altro membro del team ha effettuato un’altra misurazione del ritardo temporale analizzando l’evoluzione della sua luce dispersa nei suoi colori costitutivi o “spettro” da Webb, confermando la natura di tipo Ia di SN H0pe.
“Sette sottogruppi hanno fornito modelli di lenti che descrivono la distribuzione della materia 2D dell’ammasso di galassie. Poiché la supernova di tipo Ia è una candela standard, ogni modello di lente è stato “classificato” in base alla sua capacità di prevedere i ritardi temporali e la luminosità della supernova rispetto ai veri valori misurati.
“Per evitare distorsioni, i risultati sono stati accecati da questi gruppi indipendenti e rivelati l’uno all’altro nel giorno e nell’ora annunciati di una ‘apertura del cieco dal vivo’. Il team riporta che il valore della costante di Hubble è di 75,4 chilometri al secondo per megaparsec, più 8,1 o meno 5,5. [Un parsec equivale a 3,26 anni luce di distanza.] Questa è solo la seconda misurazione della costante di Hubble con questo metodo e la prima volta che si utilizza una candela standard. Il ricercatore capo del programma PEARLS ha osservato: “Questa è una delle grandi scoperte di Webb e sta portando a una migliore comprensione di questo parametro fondamentale del nostro universo”.
“I risultati del nostro team sono di grande impatto: il valore 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. Osservazioni di Webb nel Ciclo 3 miglioreranno le incertezze, consentendo vincoli più sensibili su H0″.
Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Frye (University of Arizona), R. Windhorst (Arizona State University), S. Cohen (Arizona State University), J. D’Silva (University of Western Australia, Perth), A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute), J. Summers (Arizona State University).
