Materia Oscura usata per misurare l’età dell’universo

Gli astronomi di Europa e Stati Uniti hanno usato una lente gravitazionale – un lontano ammasso di materia oscura in grado di curvare la luce -per fare una stima della costante di Hubble, che determina la dimensione e l’età dell’Universo (fonte foto: Wikipedia).

Un articolo che descrive il lavoro fatto è presente nel numero di marzo del The Astrophysical Journal.

La costante di Hubble era stata precendentemente calcolata usando il telescopio spaziale Hubble per osservare una supernova e attraverso un residuo fossile di onde radio – la radiazione residua del Big Bang. Il nuovo metodo fornisce un controllo indipendente degli altri due, dice il professor Chris Fassnacht, associato presso l’Università della California – Davis.

Una lente gravitazionale è un oggetto lontano, come una galassia circondata da materia oscura, che esercita una attrazione gravitazionale sui raggi di luce che gli passano vicino. Le altre galassie che sono dietro la lente, dal nostro punto di vista, appaiono distorte.  Nel caso dell’oggetto B1608+656, gli astronomi sulla terra vedono quattro immagini distorte dello stesso oggetto nascosto dalla galassia (A, B, C e D nella foto sotto).

Nella foto in basso: lenti gravitazionali mostrano due galassie, G1 e G2 (Hubble Space Telescope/photo)

Fassnacht ha iniziato a studiare l’oggetto B1608+656 ai tempi del dottorato, dieci anni fa. Poiché la distribuzione della massa della lente è ora molto meglio conosciuta, grazie alle recenti osservazioni del telescopio spaziale Hubble, è possibile usarla per calcolare la costante di Hubble.

Funziona più o meno così: due fotoni lasciano la galassia dietro la lente nello stesso momento, ma i loro percorsi iniziali sono leggermente diversi, quindi le loro traiettorie saranno curvate in modo leggermente diverso. In questo modo, essi arriveranno in due diversi momenti sulla Terra. In base a questo ritardo, è possibile calcolare la distanza dell’intero viaggio, e quindi ricavare la costante di Hubble.

La tempistica è fissata dall’osservazione di un cambiamento nell’oggetto nascosto – per esempio un improvviso picco di luminosità. Se il viaggio dei fotoni è leggermente diverso, le immagini che noi riceviamo dello stesso evento saranno sfasate temporalmente in modo leggero.

Immaginiamo due automobilisti che devono percorrere il tragitto da Bologna a Torino, ma che scelgono strade differenti, uno attraverso Alessandria e l’altro da Milano. Assumendo che entrambi i guidatori viaggino alla stessa velocità, arriveranno a Torino in due tempi diversi (la distanza dei due percorsi, infatti, non è esattamente la stessa). Questa differenza di tempi può essere usata per ricavare la distanza di Bologna da Torino. Infatti, la velocità dei viaggiatori è ben nota, essendo quella della luce, una costante della fisica.

Le lenti gravitazionali non erano mai state usate finora in un modo così preciso, dice il coautore dello studio Philip Marshall del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) presso l’acceleratore di particelle della Stanford University. Molti gruppi stanno ora lavorando per estendere la tecnica con altre lenti gravitazionali.