2E = 6X*

Questo articolo è inserito nella sezione d'archivio dedicata all'effetto lente gravitazionale

Doppio Einstein uguale a 6 volte X. Leggere per credere...

Nel 2017 lo strumento Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) dell’osservatorio Haleakala (Hawaii) riprese un oggetto celeste interpretato come una “croce di Einstein”, cioè l’immagine di un singolo oggetto lontano quadruplicata per un effetto di “lensing” dovuto ad una galassia interposta lungo la linea di visuale (fig. 1).

Fig. 1. La “croce di Einstein” ripresa dal telescopio Pan-STARRS nel 2017. Fonte: Lemon C. A., Auger M. V. et al.¹

L’oggetto è denominato J1721+8842: una galassia attiva con redshift z=2.38 mentre la galassia interposta responsabile dell’effetto di quadruplicazione ha un redshift stimato di z=0.184. Successivamente l’Hubble Telescope riprese l’oggetto, risolvendo l’immagine in 6 componenti con il medesimo redshift, posizionate attorno alla galassia interposta. Nel 2021 l’oggetto fu quindi interpretato come il lensing di una coppia di galassie attive aventi lo stesso redshift (fig. 2).

Fig. 2. L’immagine restituita dallo strumento Wide Field Camera 3 di Hubble. Al centro, indicata dalla lettera G, la galassia interposta responsabile del “lensing”. Nell’interpretazione del 2021 i punti luminosi 1A, 1B, 1C e 1D sono l’immagine quadruplicata del quasar restrostante con redshift z=2.38. I punti 2A e 2B sono l’immagine sdoppiata del secondo quasar con lo stesso redshift. I deboli aloni rossastri indicati da IRA e IRB sono l’immagine sdoppiata di una ulteriore galassia prossima ai 2 quasar. Fonte: Mangat C. S., McKean J. P. et al.²

Grazie alle capacità osservative del James Webb Space Telescope si è potuto tornare sull’argomento sfruttando migliori dati, scoprendo che in realtà l’immagine non sembra dovuta alla duplicazione di una coppia di quasar con analogo redshift bensì all’unico (per ora) effetto noto di “doppio lensing” del medesimo quasar, che genera una sestuplicazione.

Nello studio³(pre-print in via di pubblicazione su “Astronomy & Astrophysics”) il fenomeno viene ricostruito ipotizzando una configurazione estremamente rara: vi sarebbero 2 galassie interposte sulla medesima linea di visuale del quasar, con le 2 galassie affette rispettivamente da redshift z=1.8845 e z=0,184 (fig. 3).

Fig. 3. La stessa immagine di fig. 2 con la più recente interpretazione: i punti luminosi A, B, C, D, E, F sono la sestuplicazione del quasar singolo con z=2.38; al centro e leggermente ingiallita è presente la galassia interposta con z=0.184. I 2 aloni rossastri contornati dalle linee bianche sono l’immagine della seconda galassia interposta, avente z=1.8845, duplicata a sua volta dalla galassia al centro. Fonte Dux F., Millon M. et al.³.

La luce emessa dal quasar viene deflessa una prima volta dalla galassia interposta con z=1.8845 e poi una seconda volta dall’altra galassia interposta (con z=0.184) descrivendo una sorta di “slalom” o “zig-zag” prima di giungere al sensore del JWST (fig. 4).

Fig. 4. Schema del doppio lensing in cui sono mostrati due tragitti esemplificativi (in azzurro e magenta) del percorso della luce emessa dal quasar: la luce subisce una prima forte deflessione (indicata dalla freccia nera) ad opera della prima galassia interposta (z=1.8845) ed una seconda forte deflessione (indicata dalla freccia bianca) a causa della seconda galassia interposta (situata al centro delle 6 repliche A, B, C, D, E, F). I tragitti tra le due brusche deflessioni sono curvati per effetto dell’espansione dello spazio. Fonte: Dux F., Millon M. et al.³.

Il fenomeno è quindi dovuto ad una fortunata combinazione determinata dall’allineamento sulla medesima visuale prospettica di 3 oggetti posti a distanze molto diverse, ma c’è di più: oltre alla sestuplicazione dell’immagine del quasar a z=2.38 anche la luce proveniente dalla galassia a redshift z=1.885 viene deflessa e forma un anello di Einstein incompleto.

La coesistenza di questi due diversi effetti dovuti alla medesima galassia interposta (quella con z=0.184) costituisce un caso unico (per ora) e di ragguardevole importanza per la determinazione del valore della costante di Hubble H₀.

Un ulteriore peculiarità del fenomeno risiede nel fatto che il deflettore più lontano responsabile del lensing (con z=1.885) è una galassia singola (non attiva) invece di un ammasso di galassie e ciò rende sensibilmente più affidabile la stima della massa del deflettore stesso.

Il modello schematizzato in fig. 4 è stato raffrontato con l’immagine sperimentale rilevata dal JWST e con quella rilevata dall’HST assumendo un valore della costante di Hubble H₀=70 kms^-1Mpc^-1.

Il risultato del raffronto è mostrato in fig. 5: l’accordo tra il modello e il dato osservativo è estremamente buono, fornendo così una possibile conferma indiretta del valore assunto per la costante di Hubble.

Fig. 5. Risultato grafico del raffronto tra il modello basato sulla geometria con l’allineamento quasar-primo deflettore-secondo deflettore + valore di H₀ pari a 70 kms-1 per megaparsec e la posizione della sestuplicazione rilevata da JWST - HST. I cerchi neri rappresentano le posizioni della sestuplicazione dell’immagine sperimentale, le crocette in blu rappresentano le posizioni della sestuplicazione restituite dal modello, la stellina nera rappresenta il quasar sorgente. Fonte: Dux F., Millon M. et al.³.

1 - https://academic.oup.com/mnras/article/479/4/5060/4970775

2 - https://academic.oup.com/mnrasl/article/508/1/L64/6371106

3 - https://www.researchgate.net/publication/385630363_J17218842_The_first_Einstein_zig-zag_lens

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