Qualche mese fa, era l’ottobre scorso, avevamo raccontato qui su Media Inaf della scoperta di un oggetto piuttosto curioso – “un elusivo corpo celeste”, così lo avevamo chiamato. Tradito da un’irregolarità nel nitidissimo arco gravitazionale del sistema Jvas B1938+666, è il più piccolo oggetto mai individuato a distanze cosmologiche grazie al solo effetto della forza di gravità.
Un oggetto di appena un milione di masse solari “avvistato” in una lente gravitazionale a 6,5 miliardi di anni luce da noi. Avvistato tra virgolette, perché la sua presenza è stata rivelata, appunto, solo da effetti gravitazionali. Per il resto, buio completo.
Profilare un oggetto invisibile
Di che oggetto può mai trattarsi? Rispondere è un lavoro da profiler, un po’ come tracciare il profilo psicologico d’un serial killer partendo dai pochi indizi disponibili e confrontandolo con quelli più comuni.
E infatti il primo passo compiuto dal team che ha firmato l’articolo pubblicato ieri su Nature Astronomy è stato esattamente tracciare il cosiddetto profilo di densità del misterioso oggetto. Vale a dire, hanno ricostruito com’è distribuita la sua massa nello spazio.
Operazione complicatissima: essendo, appunto, un oggetto invisibile, l’unico approccio possibile è stato analizzare come “sporcava” il nitidissimo arco gravitazionale.
Come funziona una lente gravitazionale
Prima di illustrare il risultato a cui sono giunti è però opportuno fare un passo indietro, e ricordare come una lente gravitazionale, fenomeno predetto dalla relatività generale, può essere impiegata dagli astronomi per studiare l’universo.
Essenzialmente in due modi. Il primo approccio, quello più facile da intuire, è appunto come una lente: sfruttandone cioè la capacità d’ingrandire l’immagine e amplificare il segnale della sorgente alle sue spalle.
Grazie alla lente gravitazionale del sistema Jvas B1938+666, prodotta principalmente da una massiccia galassia ellittica, i radiotelescopi utilizzati dagli autori dello studio – tra cui il Green Bank Telescope e quelli delle reti Vlba ed Evn, fra i quali anche l’antenna di Medicina (BO) – hanno potuto raccogliere il segnale amplificato di una sorgente a circa 11 miliardi di anni luce.
L’imaging gravitazionale e la sfida dell’anomalia
Ma è il secondo approccio quello adottato in questo studio: analizzare le deformazioni del segnale emesso dalla sorgente più lontana per ricostruire in dettaglio la “lente” stessa.
Impresa tutt’altro che semplice, poiché le masse che agivano da lenti erano più d’una, e quella su cui si concentrava l’attenzione dei ricercatori – l’oggetto da un milione di masse solari – era molto piccola rispetto all’effetto lensing complessivo.
Le voci dei ricercatori
«Cercare di separare tutte le diverse componenti di massa di un oggetto così lontano e di massa ridotta con la lente gravitazionale», ricorda la prima autrice dello studio, Simona Vegetti, del Max Planck Institute for Astrophysics (Germania), «è stato estremamente impegnativo e incredibilmente emozionante. Stiamo lavorando con dati di alta qualità e modelli complessi, e proprio quando pensavo che avessimo capito tutto, le sue proprietà ci hanno riservato un’altra sorpresa. È proprio questa combinazione di difficoltà e mistero che rende questo oggetto così affascinante».
«Per tentare di capire di che oggetto si trattava, e in particolare per ricostruire il suo profilo di densità», continua Giulia Despali, coautrice dello studio e ricercatrice all’Università di Bologna, «abbiamo anzitutto dovuto analizzare attentamente le piccole perturbazioni da esso introdotte sull’arco principale. Per cercare poi di interpretare queste irregolarità abbiamo messo a punto una ventina di modelli con i quali confrontare i dati. Ma né i modelli di materia oscura fredda né quelli di materia oscura “tiepida” riescono a spiegare un oggetto come quello che abbiamo osservato».
Un profilo di densità senza precedenti
«È che ha un profilo molto strano, perché è particolarmente denso al centro, ma si estende tantissimo», spiega Davide Massari, coautore dello studio e ricercatore all’Istituto nazionale di astrofisica. «Quindi non è distribuito uniformemente».
«La parte centrale interna è coerente con un buco nero o un nucleo stellare denso», aggiunge Vegetti, «che sorprendentemente costituisce circa un quarto della massa totale dell’oggetto».
Il ruolo del James Webb Space Telescope
Un contributo decisivo potrebbe arrivare da nuove osservazioni con il James Webb Space Telescope.
«Se alla fine riuscissimo a osservare una qualche forma d’emissione luminosa», dice Cristiana Spingola, ricercatrice all’Istituto nazionale di astrofisica, «potremmo concludere che si tratti di una galassia nana ultracompatta un po’ anomala. Ma se anche con Jwst dovessimo continuare a non vedere la luce delle stelle, allora vorrebbe dire che ci troviamo davanti a un oggetto difficilmente spiegabile dagli attuali modelli di materia oscura».
Oltre il modello standard
Va infine ricordato che questo è il terzo oggetto di questo tipo identificato con il metodo di imaging gravitazionale, ma è di gran lunga il più piccolo in termini di massa e il primo caratterizzato con un livello di precisione così elevato.
Tutte e tre le rilevazioni presentano proprietà che non si adattano facilmente al quadro standard della materia oscura. Identificare altri esempi sarà fondamentale per capire se si tratta di casi anomali o dei primi indizi di una nuova fisica.
Fonte: Media Inaf
Redazione Economia dello Spazio Magazine
