Sembrano galassie stirate, deformate, a volte persino replicate. La nuova immagine pubblicata dall’Esa ha per protagonista Macs J0454.1-0300, un enorme ammasso di galassie così distante che la sua luce ha impiegato miliardi di anni per raggiungerci: lo osserviamo com’era quando l’Universo aveva circa 8 miliardi di anni. Ma gli oggetti immortalati dal telescopio spaziale James Webb non hanno realmente queste forme. A trasformare il cielo in una gigantesca casa degli specchi è la gravità: le galassie luminose e dorate appartengono all’ammasso, molti degli oggetti rossastri e arancioni visibili alle loro spalle si trovano invece molto più lontano.
Sono proprio questi ultimi a mostrare le forme più curiose. Alcuni appaiono allungati, altri trasformati in piccoli archi, altri ancora sembrano comparire più volte. È un tipico effetto della lente gravitazionale, un fenomeno previsto dalla relatività generale di Einstein.
La massa modifica infatti la geometria dello spazio-tempo. Un oggetto estremamente massiccio, come un ammasso di galassie, produce una curvatura dello spazio-tempo tanto pronunciata da deviare il percorso della luce proveniente dalle sorgenti che si trovano alle sue spalle. A seconda dell’allineamento tra la sorgente lontana, l’ammasso e l’osservatore, l’immagine che arriva fino a noi può così risultare deformata o moltiplicata.
L’animazione mostra la deformazione che subisce la luce passando attraverso un ammasso di galassie. La gravità piega il suo percorso, consentendo agli scienziati la visione degli oggetti oltre l’ammasso e calcolare, secondo la distorsione, quanta materia oscura è presente nell’ammasso stesso (Credit: Nasa Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)
Ma questa deformazione porta con sé anche un effetto estremamente prezioso per la scienza. La lente gravitazionale può aumentare la luminosità e le dimensioni apparenti degli oggetti sullo sfondo, consentendo di distinguere dettagli che altrimenti sarebbero troppo piccoli e deboli. L’ingrandimento, a differenza di quello prodotto da una normale lente ottica, non è uniforme: varia da una zona all’altra e può stirare l’immagine in una direzione, dando origine ai caratteristici archi visibili attorno agli ammassi (visibili chiaramente nella foto di destra, sotto).
L’effetto dipende dalla distribuzione della massa dell’ammasso e dalla posizione reciproca tra questo, la sorgente lontana e l’osservatore. Nelle configurazioni più favorevoli l’amplificazione può diventare enorme. Gli ammassi di galassie, in pratica, possono funzionare come giganteschi telescopi naturali, permettendo agli astronomi di osservare galassie, ammassi stellari e persino singole stelle che, senza questo aiuto cosmico, sarebbero troppo lontani per essere rilevati dai nostri strumenti.
È proprio quello che accade in questa immagine. Dietro Macs J0454.1-0300, il Webb riesce a osservare immagini multiple di galassie appartenenti a epoche remote della storia del cosmo. Un gruppo ci appare com’era circa 2 miliardi di anni dopo il Big Bang e sembra attraversare un processo di fusione che sta producendo un’intensa formazione stellare. Un’altra galassia, invece, si mostra come appariva appena 800 milioni di anni dopo il Big Bang.
La combinazione tra la grande sensibilità del Webb e questa lente cosmica permette di spingersi ancora oltre. Gli astronomi hanno identificato singoli ‘nodi’ luminosi, corrispondenti a regioni con un’estensione di appena 5 anni luce. In alcuni casi, l’effetto della lente gravitazionale ne amplifica l’immagine di un fattore superiore a 300.
Gli effetti dell’ammasso non riguardano soltanto gli oggetti più evidenti. Osservando attentamente l’immagine, anche piccole galassie rossastre sullo sfondo, persino vicino ai bordi dell’inquadratura, appaiono incurvate in minuscoli archi dalla gravità di Macs J0454.1-0300.
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- L’ammasso MACS J0454.1-0300 nella versione catturata dal telescopio spaziale Hubble nel marzo 2014. Rispetto a Webb, Hubble mostra meno galassie perché ha una minore sensibilità alle lunghezze d’onda infrarosse, dove viene osservata gran parte della luce delle galassie più lontane. (Crediti: Esa/Hubble e Nasa)
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- La foto di MACS J0454.1-0300 ottenuta con il telescopio Nasa/Esa/Csa James Webb. Le galassie color arancione, concentrate in alto a sinistra, non fanno parte dell’ammasso: si trovano molto più lontano e le osserviamo quindi in un’epoca ancora più remota. L’ammasso è già estremamente distante: nell’immagine lo vediamo com’era quando l’Universo aveva circa 8 miliardi di anni. (Crediti: Esa/Webb, Nasa & Csa, L. Furtak, S. Fujimoto)
I dati utilizzati per realizzare la nuova immagine provengono da due programmi osservativi, 5058, guidato da Lukas Furtak, e 6882, guidato da Seiji Fujimoto, entrambi basati sulla capacità dei grandi ammassi galattici di portare alla nostra vista oggetti estremamente lontani.
Quello che appare come un gigantesco gioco di specchi è dunque anche uno degli strumenti più potenti messi a disposizione dalla natura per esplorare l’Universo remoto: la stessa gravità che distorce quello che vediamo permette di osservare ciò che, senza quella distorsione, rimarrebbe invisibile.
Guarda anche un video che illustra la collaborazione tra i telescopi James Webb e Hubble nelle osservazioni degli ammassi stellari:
