SN Winny: il lensing gravitazionale moltiplica la supernova

Il tasso di espansione del nostro universo, noto come costante di Hubble, rimane una delle controversie più significative della fisica moderna, creando una discrepanza che mette in discussione il modello standard della cosmologia. Un team di ricerca presso la Technical University of Munich (TUM), la Ludwig Maximilians University (LMU) e i Max Planck Institutes (MPA e MPE) ha identificato un raro evento celeste che potrebbe finalmente risolvere questo conflitto. Nell'agosto 2025, gli astronomi hanno scoperto SN 2025wny, soprannominata SN Winny, una supernova superluminosa la cui luce è stata sdoppiata in cinque immagini distinte da una lente gravitazionale. Questo allineamento unico fornisce uno strumento indipendente e diretto per misurare le distanze cosmiche e calcolare il tasso di espansione con una precisione senza precedenti.

Cos'è la tensione di Hubble?

La tensione di Hubble si riferisce al significativo disaccordo tra i due metodi principali utilizzati per calcolare il tasso di espansione dell'universo. Un metodo misura l'universo "locale" utilizzando la scala delle distanze cosmiche, mentre l'altro analizza il fondo cosmico a microonde (CMB) risalente all'universo primordiale. Nonostante l'elevata precisione di entrambi gli approcci, i risultati non coincidono, suggerendo che la nostra comprensione fondamentale della fisica o dell'energia oscura possa essere incompleta. Risolvere questa tensione è fondamentale perché la costante di Hubble determina l'età, le dimensioni e il destino ultimo del cosmo.

Le misurazioni tradizionali si affidano spesso a complessi passaggi di calibrazione. Il metodo locale utilizza "candele standard", come specifici tipi di stelle o supernovae, per stimare le distanze. Tuttavia, poiché ogni gradino della scala delle distanze cosmiche dipende dall'accuratezza di quello precedente, piccoli errori sistematici possono accumularsi. Al contrario, il metodo CMB si basa su modelli di come l'universo si è evoluto nel corso di miliardi di anni. Se questi modelli contengono anche lievi imprecisioni riguardo al comportamento dell'energia oscura o della materia, il tasso di espansione calcolato risulterà distorto. SN Winny offre un modo per aggirare questi problemi attraverso una misurazione geometrica diretta.

In che modo il lensing gravitazionale crea immagini multiple di una supernova?

Il lensing gravitazionale crea immagini multiple di una supernova quando una massiccia galassia o un ammasso di galassie in primo piano devia e amplifica la luce della supernova lungo percorsi separati. Secondo la relatività generale di Einstein, la gravità incurva il tessuto dello spazio-tempo; mentre la luce di SN Winny viaggiava per 10 miliardi di anni luce verso la Terra, ha incontrato due galassie in primo piano. Questo massiccio allineamento ha agito come una lente d'ingrandimento cosmica naturale, dividendo la luce in cinque percorsi distinti di varia lunghezza, con il risultato che cinque copie bluastre della stessa stella esplosa sono apparse nel cielo notturno.

La geometria di questo specifico sistema di lenti è eccezionalmente pulita, il che rappresenta una novità rispetto alle scoperte precedenti. "Fino ad ora, la maggior parte delle supernovae soggette a lensing erano amplificate da massicci ammassi di galassie, le cui distribuzioni di massa sono complesse e difficili da modellare", spiega Allan Schweinfurth, ricercatore presso la TUM. Poiché SN Winny è soggetta al lensing di due sole singole galassie con distribuzioni di massa regolari, il team può modellare il sistema con alta precisione. Questa semplicità riduce l'incertezza su quanto la luce sia stata deviata, fornendo una "mappa" più chiara del viaggio compiuto dalla luce per raggiungere il Large Binocular Telescope in Arizona.

Perché la scoperta di SN 2025wny (SN Winny) è così rara?

SN 2025wny è eccezionalmente rara perché è una supernova superluminosa perfettamente allineata con una lente gravitazionale a un elevato redshift di z = 2. La probabilità matematica che una supernova sia posizionata in modo così preciso dietro una lente in primo piano da produrre cinque immagini separate è inferiore a una su un milione. Questa scoperta è stata il risultato di una ricerca mirata durata sei anni da parte del SN Winny Research Group, che ha compilato un elenco di promettenti lenti gravitazionali prima che l'evento trovasse finalmente corrispondenza nell'agosto 2025.

La rarità è ulteriormente accentuata dalla natura della stella stessa. SN Winny è una supernova superluminosa, il che significa che è molto più brillante delle tipiche esplosioni stellari. Questa estrema luminosità ha permesso al Large Binocular Telescope sul Mount Graham di catturare immagini a colori ad alta risoluzione del sistema, nonostante si trovi a 10 miliardi di anni luce di distanza. Sherry Suyu, Professore Associato di cosmologia osservativa presso la TUM e Fellow presso il Max Planck Institute for Astrophysics, ha osservato che l'evento rappresenta una pietra miliare per la cosmologia osservativa, poiché sono stati tentati solo pochi casi di tali misurazioni tramite lensing.

In che modo i ritardi temporali nelle supernovae con lensing possono misurare il tasso di espansione dell'universo?

I ritardi temporali nelle supernovae soggette a lensing misurano il tasso di espansione dell'universo perché ciascuna delle cinque immagini percorre un cammino di lunghezza diversa per raggiungere la Terra. Sebbene la supernova sia un singolo evento, le immagini non appaiono simultaneamente; esse invece si "accendono" in tempi diversi. Misurando lo specifico ritardo temporale tra queste apparizioni e combinando tale dato con la massa nota delle galassie che fungono da lente, gli astronomi possono calcolare direttamente la costante di Hubble senza dover ricorrere alla scala delle distanze cosmiche a più stadi.

Questo approccio "diretto" è sostenuto da Stefan Taubenberger, autore principale dello studio di identificazione pubblicato su Astronomy & Astrophysics. Poiché il metodo si basa su una fisica diversa e su un numero inferiore di assunzioni rispetto alle tecniche precedenti, funge da elemento decisivo per la tensione di Hubble. Leon Ecker e Allan Schweinfurth hanno costruito i primi modelli di distribuzione della massa per la lente, confermando che le galassie non si sono ancora scontrate, preservando così la regolarità dei percorsi della luce. Questa regolarità è ciò che permette il calcolo ad alta precisione della velocità con cui lo spazio tra le galassie si sta espandendo.

Qual è l'importanza delle osservazioni del Large Binocular Telescope?

Il Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona ha svolto un ruolo fondamentale in questa scoperta fornendo le prime immagini a colori ad alta risoluzione del sistema SN Winny. Utilizzando due specchi da 8,4 metri di diametro e un avanzato sistema di ottica adattiva, il telescopio ha corretto la sfocatura atmosferica per rivelare le due galassie in primo piano dai toni caldi e le cinque copie bluastre della supernova. Queste osservazioni sono essenziali per determinare le posizioni esatte delle immagini, utilizzate per calcolare il potenziale gravitazionale della lente.

• Strumento: Large Binocular Telescope, Mount Graham, Arizona.
• Tecnologia: Doppi specchi da 8,4 metri con ottica adattiva.
• Risultati: Cinque immagini distinte di una singola supernova a redshift z = 2.
• Istituzioni: Collaborazione che coinvolge ricercatori di MPE, LMU e TUM.

Implicazioni per il futuro della cosmologia

I dati di SN Winny potrebbero potenzialmente confermare una deviazione dal Modello Standard della Cosmologia. Se il tasso di espansione calcolato da questa supernova soggetta a lensing dovesse allinearsi con le misurazioni locali anziché con i dati dell'universo primordiale, ciò potrebbe indicare che l'energia oscura si evolve nel tempo o che è necessaria una nuova fisica per spiegare la crescita dell'universo. Ciò costringerebbe a un enorme cambiamento nel modo in cui gli scienziati vedono la "ricetta cosmica" di materia ed energia che governa il nostro universo.

Inoltre, il successo del progetto di ricerca HOLISMOKES (Highly Optimised Lensing Investigations of Supernovae, Microlensing Objects, and Kinematics of Ellipticals and Spirals) pone le basi per i futuri osservatori. Si prevede che il Vera C. Rubin Observatory e il James Webb Space Telescope (JWST) scopriranno centinaia di supernovae con lensing nel prossimo decennio. SN Winny funge da standard di riferimento per il modo in cui queste future scoperte saranno modellate e analizzate per risolvere il mistero della costante di Hubble.

Cosa attende SN Winny e la ricerca cosmologica?

Gli astronomi di tutto il mondo stanno attualmente conducendo osservazioni di follow-up di SN Winny utilizzando risorse sia a terra che nello spazio. L'obiettivo immediato è affinare le misurazioni del ritardo temporale mentre la supernova svanisce, garantendo la massima precisione possibile per il calcolo della costante di Hubble. Questi risultati, supportati dall'Excellence Cluster ORIGINS e dalla Max Planck Society, saranno probabilmente un pilastro del dibattito cosmologico per gli anni a venire.

Mentre la comunità scientifica attende i dati definitivi sull'espansione, la scoperta di SN Winny dimostra che i "fuochi d'artificio cosmici" sono più di un semplice spettacolo visivo; sono precisi strumenti matematici. Trasformando un viaggio di 10 miliardi di anni luce in un righello geometrico, i ricercatori sono più vicini che mai a comprendere il limite fondamentale di velocità del nostro universo in espansione. Il passaggio da una ricerca durata sei anni a una misurazione rivoluzionaria evidenzia il potere della collaborazione internazionale nella cosmologia osservativa.