Quadruple Take: Svelare i misteri della materia oscura tramite supernove gravitazionalmente lente a immagini multiple.

Zoomando nella supernova Zwicky: partendo da una piccola porzione della telecamera Palomar ZTF, una su 64 "quadranti", ognuno contenente decine di migliaia di stelle e galassie, lo zoom ci porta ad esplorazioni dettagliate effettuate con i telescopi VLT e Keck più grandi e nitidi rispettivamente in Cile e nelle Hawaii. Sulle migliori immagini risolte del Keck, si possono vedere le quattro "copie" quasi identiche della supernova Zwicky. Le immagini multiple si verificano a causa dell'incurvamento dello spazio causato da una galassia precedente, anche visibile al centro e circa a metà strada tra il sito dell'esplosione della supernova e la Terra. Crediti: J. Johansson

Fisici e astronomi hanno scoperto una supernova di tipo Ia a immagine multipla, "SN Zwicky", che permette uno studio senza precedenti delle proprietà delle galassie, dei fenomeni di lente gravitazionale, della materia oscura e dell'espansione dell'universo.

Un team di fisici e astronomi guidati da ricercatori del Centro Oskar Klein dell'Università di Stoccolma ha fatto una scoperta intrigante sulla nostra capacità di esplorare come le galassie deformano lo spazio circostante con la scoperta di una supernova di tipo Ia a immagine multipla, chiamata "SN Zwicky". I risultati sono pubblicati su Nature Astronomy.

Il team, guidato da Ariel Goobar del Centro Oskar Klein dell'Università di Stoccolma, ha scoperto una supernova di tipo Ia insolita, SN Zwicky. Le supernove di tipo Ia svolgono un ruolo cruciale nella misurazione delle distanze cosmiche. Sono state utilizzate per la scoperta dell'espansione accelerata dell'universo, che ha portato al premio Nobel per la fisica del 2011. La supernova appena scoperta si distingue per la sua straordinaria luminosità e la configurazione di immagini multiple, un fenomeno raro previsto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein.

In circostanze straordinarie, corpi astronomici di grandi dimensioni agiscono come lenti cosmiche ingrandenti. Queste lenti ingrandenti creano anche percorsi luminosi multipli visibili in diverse posizioni nel cielo. Crediti: Nikki Arendse

Nelle settimane successive alla scoperta della supernova all'Osservatorio dei Transienti Zwicky presso l'Osservatorio di Palomar, il team ha osservato SN Zwicky con gli strumenti di ottica adattativa del W. M. Keck Observatory sul Maunakea, nelle Hawaii, e con i Telescopi Very Large in Cile. Le osservazioni dell'osservatorio Keck hanno risolto le immagini multiple, confermando l'ipotesi di lente gravitazionale dietro l'insolita luminosità della supernova. Le quattro immagini di SN Zwicky sono state osservate anche con il Telescopio Spaziale Hubble della NASA.

L'effetto di lente gravitazionale a immagine multipla osservato in SN Zwicky è il risultato del campo gravitazionale esercitato da una galassia anteriore che agisce come lente gravitazionale. In circostanze straordinarie, corpi astronomici di grandi dimensioni agiscono come lenti cosmiche ingrandenti. Queste lenti ingrandenti creano anche percorsi luminosi multipli visibili in diverse posizioni nel cielo. Osservando le immagini multiple, si possono non solo rivelare dettagli sulla supernova fortemente lenticolare, ma si ha anche la possibilità unica di esplorare le proprietà della galassia anteriore che causa la deflessione della luce. Ciò potrebbe insegnare agli astronomi di più sui nuclei interni delle galassie e sulla materia oscura. Le supernove lenticolari sono anche strumenti molto promettenti per perfezionare i modelli che descrivono l'espansione dell'universo.

Gli oggetti con grandi masse come galassie o ammassi di galassie deformano lo spaziotempo circostante in modo tale da poter creare immagini multiple di oggetti di sfondo. Questo effetto è chiamato lente gravitazionale forte. Crediti: ESA/Hubble, NASA

Mentre gli scienziati continuano a svelare le complessità dell'universo, la scoperta della lente gravitazionale a immagine multipla di SN Zwicky presenta nuove opportunità per investigare i fenomeni di lente gravitazionale e le loro implicazioni per la cosmologia. Questo è un passo importante verso la comprensione dei misteri della materia oscura, dell'energia oscura e del destino finale del nostro cosmo. "L'estrema magnificazione di SN Zwicky ci offre un'opportunità senza precedenti per studiare le proprietà delle esplosioni di supernove di tipo Ia distanti, che ci servono quando le usiamo per esplorare la natura dell'energia oscura", dice Joel Johansson, dottorando presso l'Università di Stoccolma e coautore dello studio.

Zooming in to supernova Zwicky: starting from a small portion of the Palomar ZTF camera, one out of 64 “quadrants”, each one containing tens of thousands of stars and galaxies, the zoom in takes us to detailed explorations carried out with the larger and sharper VLT and Keck telescopes in Chile and Hawai’i respectively. On the best resolved Keck images, the four nearly identical “copies” of supernova Zwicky can be seen. The multiple images arise due to the warping of space caused by a foreground galaxy, also seen in the center and approximately half-way between the site of the supernova explosion and Earth.” Credit: J. Johanssonif(typeof ez_ad_units!='undefined'){ez_ad_units.push([[300,250],'scitechdaily_com-box-4','ezslot_8',608,'0','0'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-box-4-0');

Professor Ariel Goobar, the project’s principal investigator and the director of the Oskar Klein Centre at Stockholm University, expressed his enthusiasm for this significant finding: “The discovery of SN Zwicky not only showcases the remarkable capabilities of modern astronomical instruments but also represents a significant step forward in our quest to understand the fundamental forces shaping our universe.”

The team at the Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University leading the discovery of SN Zwicky: from the left Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar and Nikki Arendse. Credit: The Oskar Klein Centre

The team’s findings have been published in Nature Astronomy, in a paper titled “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky”. The publication provides a comprehensive analysis of SN Zwicky, including imaging and spectroscopic data collected from telescopes around the world.

For more on this research, see Supernova Explosion Revealed by Rare “Cosmic Magnifying Glasses.”

Reference: “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky” by Ariel Goobar, Joel Johansson, Steve Schulze, Nikki Arendse, Ana Sagués Carracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mörtsell, Christoffer Fremling, Lin Yan, Daniel Perley, Jesper Sollerman, Rémy Joseph, K-Ryan Hinds, William Meynardie, Igor Andreoni, Eric Bellm, Josh Bloom, Thomas E. Collett, Andrew Drake, Matthew Graham, Mansi Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Cameron Lemon, Adam A. Miller, James D. Neill, Jakob Nordin, Justin Pierel, Johan Richard, Reed Riddle, Mickael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabrielle Stewart, Alice Townsend, Yozsef Vinko, J. Craig Wheeler and Avery Wold, 12 June 2023, Nature Astronomy.DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

Institutions including the California Institute of Technology – the leading institution behind the Bright Transient Survey where SN Zwicky was found, University of Cambridge, Liverpool John Moores University, University of Maryland, NASA Goddard Space Flight Center, University of Washington, University of California, Berkeley, University of Portsmouth, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Northwestern University, Humboldt-Universitat zu Berlin, Space Telescope Science Institute, Université de Lyon, CNRS-IN2P3 in France, University of Texas at Austin, and Konkoly Observatory have also contributed to this groundbreaking research.

Researchers at Stockholm University involved in the work are Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar, Nikki Arendse and Remy Joseph from the Department of Physics and Jesper Sollerman from the Department of Astronomy.