Un team internazionale di ricercatori, guidato dalla dott.ssa Brenda Frye dell’Università dell’Arizona, ha identificato con il telescopio spaziale James Webb una rara supernova di tipo Ia, soprannominata “Supernova H0pe”, nell’ammasso di galassie PLCK G165.7+67.0.
Questa supernova, oltre ad essere una delle più distanti del suo tipo mai osservate, presenta una caratteristica unica: appare triplicata a causa dell’effetto di lente gravitazionale. Questo fenomeno, causato dalla distorsione dello spazio-tempo da parte dell’ammasso di galassie in primo piano, ha permesso agli scienziati di osservare la stessa esplosione stellare in tre momenti diversi della sua evoluzione.
La scoperta è avvenuta nell’ambito del programma PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) e offre un nuovo metodo indipendente per misurare la costante di Hubble, ovvero il tasso di espansione dell’Universo. E ha dato risultati che, ancora una volta, confermano la presenza della tensione di Hubble.
La tensione di Hubble: un enigma cosmologico
La costante di Hubble, che descrive il tasso di espansione dell’Universo, è al centro di un dibattito scientifico noto come “tensione di Hubble”. Questo termine si riferisce alla discrepanza tra i valori della costante misurati con metodi diversi.
Da un lato, le misurazioni basate sull’osservazione dell’Universo locale, utilizzando indicatori di distanza come le cefeidi e le supernovae di tipo Ia, tendono a fornire un valore più alto della costante di Hubble. Dall’altro, le stime basate sull’osservazione della radiazione cosmica di fondo, che ci offre uno sguardo sull’Universo primordiale, suggeriscono un valore più basso.
Questa discrepanza ha spinto gli astronomi a cercare nuovi metodi di misurazione indipendenti e più precisi. Il telescopio James Webb ha già contribuito a questo sforzo, confermando le misurazioni precedenti del telescopio Hubble basate sulle cefeidi e le supernovae di tipo Ia.
Tuttavia, la tensione persiste, suggerendo che potrebbe essere necessaria una revisione dei nostri modelli cosmologici o che potremmo essere di fronte a nuova fisica oltre il modello standard.
La scoperta di Webb della supernova H0pe
La supernova H0pe rappresenta un approccio innovativo alla misurazione della costante di Hubble. Osservata inizialmente come tre punti luminosi nell’immagine dell’ammasso PLCK G165.7+67.0 catturata dal Webb, questa supernova di tipo Ia si trova a circa 3.5 miliardi di anni luce dalla Terra.
L’unicità di questa scoperta risiede nell’effetto di lente gravitazionale che ha creato tre immagini della stessa supernova. Questo fenomeno ha permesso ai ricercatori di osservare l’esplosione in tre momenti diversi della sua evoluzione, poiché la luce ha seguito percorsi di lunghezza diversa per raggiungere la Terra.
Combinando i ritardi temporali tra le immagini, la distanza della supernova e le proprietà della lente gravitazionale, il team è riuscito a calcolare un nuovo valore per la costante di Hubble: 75.4 km al secondo per megaparsec, con un margine di errore di +8.1 e -5.5.
Questo risultato è stato ottenuto attraverso un processo rigoroso che ha coinvolto sette sottogruppi indipendenti, ciascuno dei quali ha contribuito con modelli di lente per descrivere la distribuzione della materia nell’ammasso di galassie.
Il valore della costante di Hubble ottenuto attraverso l’osservazione della Supernova H0pe si allinea con le misurazioni dell’Universo locale, ma rimane in tensione con i valori derivati dall’Universo primordiale. Questo risultato, quindi, non risolve definitivamente la tensione di Hubble, anche se offre un nuovo metodo indipendente per affrontare il problema.
Ma allora, c’è o non c’è una tensione di Hubble?
La scoperta della supernova H0pe rappresenta solo il secondo caso in cui questo metodo è stato utilizzato per misurare la costante di Hubble, e il primo che utilizza una “candela standard” come una supernova di tipo Ia.
Le implicazioni di questa ricerca sono da un lato, la conferma della robustezza delle misurazioni nell’Universo locale. Dall’altro, l’evidente necessità di ulteriori indagini per comprendere la discrepanza con i valori dell’Universo primordiale.
Proprio lo scorso agosto, uno studio condotto da Wendy Freedman e colleghi dell’Università di Chicago aveva gettato nuova luce su questa questione, suggerendo che potrebbe non esistere la tensione di Hubble. Infatti, utilizzando tre metodi indipendenti per analizzare i dati di 10 galassie vicine, il team aveva ottenuto un valore del tasso di espansione in una posizione intermedia tra le stime precedenti, riconciliando potenzialmente le discrepanze. Ora invece, risulta ancora una volta evidente che la tensione persiste.
Le future osservazioni del James Webb nel Ciclo 3 promettono di ridurre le incertezze, permettendo vincoli più sensibili sulla costante di Hubble.
Gli articoli scientifici contenenti i risultati e le considerazioni legate a questa scoperta sono:
- JWST Spectroscopy of SN H0pe: Classification and Time Delays of a Triply Imaged Type Ia Supernova at z = 1.78, Wenlei Chen et al. 2024
- JWST Photometric Time-delay and Magnification Measurements for the Triply Imaged Type Ia “SN H0pe” at z = 1.78, J.D.R. Pierel et al. 2024
- The JWST Discovery of the Triply Imaged Type Ia “Supernova H0pe” and Observations of the Galaxy Cluster PLCK G165.7+67.0, Brenda L. Frye et al. 2024
- Spectroscopy of the supernova H0pe host galaxy at redshift 1.78, M. Polletta et al. 2023
- Birds of a Feather: Resolving Stellar Mass Assembly with JWST/NIRCam in a Pair of Kindred z ∼ 2 Dusty Star-forming Galaxies Lensed by the PLCK G165.7+67.0 Cluster, Patrick S. Kamieneski et al. 2024
- SN H0pe: The First Measurement of H0 from a Multiply-Imaged Type Ia Supernova, Discovered by JWST, Massimo Pascale et al. 2024
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