Una delle grandi teorie che hanno cambiato la scienza e la visione dell’universo è stata sicuramente la teoria della relatività generale (del grande scienziato Einstein), che ha festeggia da poco 100 dalla sua prima pubblicazione (25 novembre 1915).
Sembra che per l’occasione, la natura abbia deciso di celebrare il centenario della scoperta dei suoi misteri attraverso un “dono di luce” in una scoperta fatta dall’Hubble Space Telescope. Le immagini che trovate pubblicate in questo numero, si riferiscono ad uno dei tanti “miraggi cosmici” che sono spiegabili proprio attraverso le equazioni del matematico più famoso del mondo, e che prevedono quell’effetto della curvatura dello spazio‑tempo tale da “deflettere” la luce nel suo cammino (per noi intuitivamente soltanto lineare).
Immagine del “miraggio cosmico” ripresa dal telescopio spaziale Hubble nel novembre del 2014: i 4 puntini di luce evidenziati nello zoom provengono effettivamente dall’unica supernova Refdsal che appare moltiplicata 4 volte grazie all’effetto lente gravitazionale (effetto croce di Einstein)
La prima prova osservativa della possibilità di una tale flessione (che non è legata al raggio di luce in se, ma al percorso curvo che la luce è “costretta” a compiere sotto la deformazione del tessuto spazio‑temporale operata da una grande massa gravitazionale) era già stata fatta osservando la posizione di alcune stelle durante l’eclissi solare del 1919 ad opera dello scienziato Arthur Eddington: le stelle, che in quel momento comparivano in anticipo rispetto all’ordinario ciclo giorno-notte, e che pian piano rimpiazzavano con la loro fioca luce quella del sole, nascosto dietro il disco lunare, non erano la dove ogni notte le si potevano vedere, ma erano leggermente spostate proprio per via della massa del sole che si interponeva tra l’osservatore terrestre e le stelle stesse, curvandone il percorso (questo meravigliò tanti, ma non coloro che avevano “fede” nei calcoli di Einstein).
Dopo questa prima conferma, si sono succedute centinaia di osservazioni e, seppur quella di cui vi metto all’attenzione è basata sullo stesso fenomeno fisico, questo “festeggiamento di luce” che vi propongo ha una doppia peculiarità, anzi “una peculiarità sestupla” come vedremo alla fine.
La prima peculiarità è dovuta al fatto che la sorgente gravitazionale che opera la curvatura dello spazio è un ammasso di galassie distante da noi la bellezza di circa 5 miliardi di anni luce. Un ammasso gravitazionale che, a differenza del sole del 1919, ha una massa incomparabilmente più grande e una geometria non affatto sferica ma complessa e variegata.
La seconda peculiarità è dovuta al fatto che la sorgente di luce non è una stella qualunque ma il raro evento galattico dell’esplosione di una supernova, distante da noi circa 9,3 miliardi di anni luce, ospitata da una remota galassia visualmente (e letteralmente) allineata con noi e l’ammasso gravitazionale di cui sopra.
Ci si potrebbe aspettare che il primo ammasso, vista la sua maggiore vicinanza e la sua maggiore grandezza (rispetto ad una supernova così remota) dovrebbe coprire ogni segno di luce proveniente da ciò che gli sta dietro… ed invece, proprio per l’effetto di curvatura di Einstein, l’ammasso di galassie funge da “lente gravitazionale” capace non solo di farci vedere l’immagine della supernova, ma addirittura di moltiplicarla!
schema dell’effetto lente gravitazionale (e previsione dei percorsi della luce a seguito del modello matematico elaborato con i dati dell’avvistamento del 2014): la luce proveniente dalla supernova (ospitata in una galassia remota a 9,3 miliardi di anni luce) viene deflessa e moltiplicata 6 volte passando attraverso l’ammasso di galassie, per via della curvatura operata dall’ammasso stesso interposto tra osservatore e supernova. Copie dell’immagine della supernova appaiono in 6 punti e in 3 momenti diversi: nel 1998 (non osservato), nel 2014 (4 volte, con effetto “croce di Einstein”) e nel 2015 (effetto singolo).
E qui veniamo alla scoperta fatta dal telescopio spaziale Hubble intorno al novembre del 2014: la stupefacente immagine della supernova Refsdal (nome dato in onore dello scienziato che per primo ipotizzò di usare le supernovae in lente gravitazionale per studiare l’espansione del cosmo) che appariva moltiplicata 4 volte grazie ad un processo di lente gravitazionale noto come “croce di Einstein” (già osservato precedentemente con altri oggetti, ma per la prima volta osservato agire sulla luce di una supernova).
Gli scienziati, accortisi della straordinarietà della scoperta, dopo aver elaborato un modello matematico, basato sulle stesse leggi scoperte un secolo prima da Einstein, per spiegare il percorso che la luce della supernova aveva fatto per passare attraverso l’ammasso gravitazionale che fungeva da lente e arrivare a noi moltiplicata per 4, hanno fatto una scoperta nella scoperta, o meglio hanno “calcolato” la data di una futura scoperta.
Considerando la caotica distribuzione delle galassie nell’ammasso che funge da lente (e stimando anche l’azione della materia oscura oltre a quella visibile) il modello matematico prevedeva che la luce dell’antica supernova avrebbe dovuto presentarsi non solo 4 volte (in un’unica occasione) ma anche in due momenti distinti: una volta (già passata, senza osservazione) nel 1998, e un’altra di lì ad un anno in un particolare punto dell’ammasso. Detto in altra maniera, la stessa luce sarebbe ritornata ancora attraverso percorsi differenti, più o meno lunghi!
Da ottobre 2015, dunque, Hubble cominciò a tener d’occhio la zona prevista e, come una promessa che si realizza, l’11 dicembre 2015 un puntino di luce, proveniente dalla solita supernova Refdsal ai confini dell’universo, ha impressionato i pixel della camera del telescopio spaziale, donandoci la sestupla luce di quella remota esplosione che ancora una volta confermava la nostra bravura nel leggere il grande libro della natura.
Immagine del “miraggio cosmico”, stavolta prevista in anticipo dal modello matematico, ripresa dal telescopio spaziale Hubble nel dicembre 2015: il piccolo puntino, evidenziato nell’immagine in bianco e nero di “December 11,2015” rappresenta il ritorno della luce di supernova per la sesta volta, stavolta dopo essere passato per un “percorso più lungo” rispetto ai precedenti.
Che dire di questo evento? Che dire della luce che illuminò il pensiero del grande matematico? Che dire della precisione con cui la luce della supernova è arrivata per essere messa a confronto con la teoria centenaria? Che dire dell’affascinante combinazione della scoperta della materia oscura (di cui al tempo di Einstein nemmeno si supponeva la possibilità!) senza la quale non si sarebbe potuto fare un modello matematico atto a prevedere le deviazioni di luce operate dalla forza gravitazionale di tutto l’ammasso? Che dire poi dell’uso di tanti calcolatori che hanno effettivamente operato quei calcoli necessari per darci le coordinate su cui puntare il telescopio?
Rimango affascinato dal grande gioco di squadra che scienza prima e tecnologia dopo compongono affinché l’uomo continui a meravigliarsi di quei piccoli puntini di luce che guizzano sfavillanti nel buio della notte. Con le parole di Kant potremmo concludere: due cose riempiono l’animo di ammirazione e venerazione sempre nuova e crescente, quanto più spesso e più a lungo la riflessione si occupa di esse: la legge morale in me e il cielo stellato … sopra di me!
E se anche le stelle muoiono ed esplodono e la loro luce svanisce meravigliosamente, l’augurio finale che rivolgo a tutti è quello di una santa Pasqua di resurrezione con il nostro Signore Gesù Cristo: ove la luce sarà moltiplicata in eterno.
(A cura dell’ing. Marco Staffolani)
