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Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

L'Arco della Lince, un super-ammasso primordiale sotto la lente

02 Sep 2012 10:31 PM – Michele Diodati

La casuale e fortunata scoperta di una lente gravitazionale, in un ammasso di galassie lontano 5,4 miliardi di anni luce, permise di osservare l'immagine amplificata e distorta di un remotissimo oggetto, che si rivelò poi come il più grande, caldo e brillante generatore di mega-stelle di cui si sia mai avuta notizia.

Rappresentazione artistica di come sarebbe potuta apparire, vista da breve distanza, la galassia dell'Arco della Lince, distante 12 miliardi di anni luce dalla Terra. Cortesia: ESA, NASA e Robert A.E. Fosbury

Rappresentazione artistica di come sarebbe potuta apparire, vista da breve distanza, la galassia dell'Arco della Lince, distante 12 miliardi di anni luce dalla Terra. Cortesia: ESA, NASA e Robert A.E. Fosbury

Il cosiddetto Arco della Lince era un milione di volte più brillante della ben nota, vicina Nebulosa di Orione. La scoperta di questo oggetto cosmico unico e intrigante giunse nel corso di una sistematica osservazione di lontani ammassi di galassie, eseguita al principio del nuovo millennio per mezzo di alcuni dei maggiori telescopi spaziali e terrestri, tra cui Hubble, ROSAT e Keck. La scoperta fu descritta in uno studio pubblicato il 20 ottobre 2003 su The Astrophysical Journal.

Il mega-ammasso stellare apparve come un misterioso arco rosso che faceva capolino dietro un ammasso di galassie chiamato RX J0848+4456, distante 5,4 miliardi di anni luce, nella costellazione settentrionale della Lince. L’arco era l’immagine stirata e ingrandita di circa dieci volte, per effetto di una lente gravitazionale creata dalla massa delle galassie interposte, di un misterioso oggetto lontano più o meno 12 miliardi di anni luce: questa, almeno, è la distanza che si ricava dal suo spostamento verso il rosso, pari a 3,357. Senza questo fortunato effetto ottico, e soprattutto senza la sua casuale scoperta, la sorgente luminosa finita sotto la lente sarebbe rimasta per sempre nascosta ai nostri occhi, seppellita nelle nebbie del tempo primordiale a cui appartenne: un'epoca in cui l'universo esisteva da meno di due miliardi di anni.

I ricercatori che studiavano l'ammasso di galassie in cui l'arco era apparso si resero conto ben presto, analizzando lo spettro luminoso dell'insolito oggetto, che non aveva nulla in comune con le galassie circostanti. Compresero, invece, che la firma spettrale dell'Arco della Lince era in qualche modo collegata alla Nebulosa di Orione, la regione di formazione stellare a noi più vicina. Tuttavia, mentre la Nebulosa di Orione è alimentata da sole quattro stelle blu, calde e brillanti, l’Arco della Lince, se i calcoli erano corretti, doveva contenere almeno un milione di stelle di classe spettrale O, le più calde e brillanti che si conoscano.

Il gruppo di ricerca, guidato da Robert A.E. Fosbury dell'Agenzia Spaziale Europea, si era imbattuto casualmente in quella che appariva come la più brillante e furiosa regione di formazione stellare mai scoperta. Si trattava probabilmente di una galassia nana, colta in una condizione di esplosiva formazione stellare, costituita da nubi di idrogeno ionizzato ad altissima temperatura, alimentate dall'effetto combinato della radiazione ultravioletta e dei venti stellari di una compatta e numerosa popolazione di stelle luminosissime, incredibilmente massicce e calde. Le analisi spettroscopiche indicavano che la temperatura superficiale media delle stelle dell'Arco della Lince doveva essere intorno agli 80.000 K, circa il doppio delle stelle più calde della Nebulosa di Orione.

Inoltre, la sorprendente abbondanza di silicio ionizzato, trovata nelle analisi spettrali, sembrava suggerire che la lontana galassia fosse stata il teatro dell'esplosione di una serie di supernovae da instabilità di coppia. Sono queste le più potenti e distruttive di tutte le esplosioni di supernova. Si pensa che fossero comuni nell'universo primordiale, quando la quasi totale mancanza di elementi più pesanti dell'elio consentiva – così ritiene la teoria più accreditata – la formazione di stelle molto più massicce delle attuali. Simili super-stelle, con masse comprese tra 140 e 260 masse solari e temperature superficiali fino a 120.000 K, avrebbero raggiunto rapidamente la fine della loro breve vita, disintegrandosi completamente in esplosioni di inimmaginabile potenza. La disintegrazione era il passo finale di una reazione a catena inarrestabile, messa in moto dalla produzione di coppie di elettroni e positroni da parte di fotoni altamente energetici, un fenomeno che può verificarsi solo in stelle di grandissima massa. A ciò seguiva la caduta improvvisa della pressione da radiazione, il conseguente collasso gravitazionale del nucleo e l'innesco di reazioni termonucleari violentissime, che disintegravano la stella, disseminando lo spazio interstellare di elementi pesanti, tra cui appunto il silicio trovato nello spettro luminoso dell'Arco della Lince.

Tutto ciò sembra confermare quel che è più di un sospetto: i primi miliardi di anni trascorsi dopo il Big Bang devono essere stati un'epoca di grandiosi spettacoli cosmici. Ma così violenti, frequenti e distruttivi che è davvero difficile immaginare che abbiano lasciato tempo sufficiente perché una qualsiasi forma di vita, meno che mai intelligente, evolvesse per poterli osservare. Mancava ancora, del resto, in quell'universo fatto quasi esclusivamente di idrogeno ed elio, la materia prima di cui sono composti gli esseri viventi.

Insomma, l'Arco della Lince fu certamente la sede di grandiosi spettacoli cosmici, ma furono spettacoli senza spettatori. Eppure furono proprio quelle supernovae da instabilità di coppia, che avrebbero spazzato via qualunque pubblico di viventi, a disseminare inizialmente nell'universo gli elementi pesanti necessari per creare, miliardi di anni dopo, almeno un pubblico di spettatori: noi terrestri.

Una regione di 2,5 gradi di lato, centrata sull'Arco della Lince. Il rettangolo evidenzia la zona mostrata in maggiore dettaglio nell'immagine seguente. Cortesia: ESA, NASA, Robert A.E. Fosbury, Digitized Sky Survey 2

Una regione di 2,5 gradi di lato, centrata sull'Arco della Lince. Il rettangolo evidenzia la zona mostrata in maggiore dettaglio nell'immagine seguente. Cortesia: ESA, NASA, Robert A.E. Fosbury, Digitized Sky Survey 2

Una regione di 0,09 x 0,07 gradi, ottenuta combinando sei osservazioni dal blu all'infrarosso eseguite con il telescopio Mayall da 4 m dell'osservatorio di Kitt Peak in Arizona. Il rettangolo evidenzia l'area contenente l'ammasso di galassie in cui apparve l'Arco della Lince. Cortesia: National Optical Astronomy Observatory

Una regione di 0,09 x 0,07 gradi, ottenuta combinando sei osservazioni dal blu all'infrarosso eseguite con il telescopio Mayall da 4 m dell'osservatorio di Kitt Peak in Arizona. Il rettangolo evidenzia l'area contenente l'ammasso di galassie in cui apparve l'Arco della Lince. Cortesia: National Optical Astronomy Observatory

Immagine acquisita con la WFPC2 del telescopio spaziale Hubble. Sono visibili l'ammasso di galassie RX J0848+4456 e l'Arco della Lince, che è l'oggetto rossastro allungato, contenente due punti luminosi, situato sul lato destro dell'immagine. Cortesia: ESA, NASA, Robert A.E. Fosbury e NOAO

Immagine acquisita con la WFPC2 del telescopio spaziale Hubble. Sono visibili l'ammasso di galassie RX J0848+4456 e l'Arco della Lince, che è l'oggetto rossastro allungato, contenente due punti luminosi, situato sul lato destro dell'immagine. Cortesia: ESA, NASA, Robert A.E. Fosbury e NOAO

Un'area estesa 30 secondi d'arco, ritagliata dall'immagine prodotta da Hubble. Gli oggetti evidenziati con le lettere A e B sono le parti più luminose della lente gravitazionale dell'Arco della Lince. C e D sono elementi meno luminosi generati dallo stesso effetto, come anche probabilmente il punto T, nonostante appaia in tutt'altra posizione. Cortesia: R. A. E. Fosbury <i>et al.</i>, 2003 ApJ 596 797, doi:10.1086/378228

Un'area estesa 30 secondi d'arco, ritagliata dall'immagine prodotta da Hubble. Gli oggetti evidenziati con le lettere A e B sono le parti più luminose della lente gravitazionale dell'Arco della Lince. C e D sono elementi meno luminosi generati dallo stesso effetto, come anche probabilmente il punto T, nonostante appaia in tutt'altra posizione. Cortesia: R. A. E. Fosbury <i>et al.</i>, 2003 ApJ 596 797, doi:10.1086/378228

Ingrandimento progressivo sull'Arco della Lince e successiva fusione con l'immagine artistica della galassia. Cortesia: ESA, M. Kornmesser, L.L. Christensen, NASA

Animazione che illustra il fenomeno di lente gravitazionale (vista laterale). Cortesia: ESA, M. Kornmesser, L.L. Christensen, NASA

Animazione che illustra il fenomeno di lente gravitazionale (vista frontale). Cortesia: ESA, M. Kornmesser, L.L. Christensen, NASA

Riferimenti

Tag: Arco della Lince, lente gravitazionale, ammassi di galassie, telescopio spaziale hubble, supernovae, osservatorio keck, instabilità di coppia, articoli

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