Quasar al rallentatore a distanze cosmiche

Osservata per la prima volta nei quasar la dilatazione cosmica del tempo

Per Einstein il tempo è sempre stato relativo. Se osservassimo orologi posti a distanze cosmiche sempre maggiori, li vedremmo segnare il tempo sempre più lentamente. Questo fenomeno è la conseguenza dell'espansione cosmica. (Immagine evocativa)

È stata osservata sperimentalmente nei quasar la dilatazione cosmica del tempo, fenomeno ampiamente previsto dalla relatività. Per conseguire tale risultato gli autori dello studio, Geraint Lewis dell’Università di Sydney e il matematico ed esperto di statistica Brendon Brewer dell’Università di Auckland, hanno analizzato le fluttuazioni luminose di 190 quasar in dati raccolti nel corso di 20 anni.

Sedi di buchi neri supermassicci

I quasar (QSO) non sono altro che le sedi di buchi neri supermassici colti in fase parossistica mentre brillano più dell’intera galassia ospite. Ad alimentare i quasar è la materia che vortica nel disco di accrescimento del buco nero prima di riversarsi nella voragine gravitazionale. Tuttavia, poiché l’afflusso di materia non è costante, i quasar sono soggetti a repentine fluttuazioni di luminosità. Tali variazioni luminose sono dette “tremolio” (flickering in Inglese), come quello di una candela. L’entità di tali fluttuazioni luminose, per via della velocità finita della luce, permise di stabilire un limite superiore per le dimensioni fisiche delle sorgenti, tutte misurabili in ore luce.

Rappresentazione artistica di un quasar. [ESO/M. Kornmesser]

Luminosi anche a distanze cosmiche

Grazie al potente motore centrale, i QSO sono luminosissimi e visibili alle grandi distanze cosmiche. Con gli strumenti attuali gli astronomi sono in grado di osservare sorgenti sino all’era della reionizzazione, cioè poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Nel loro insieme i QSO sono oggetti con caratteristiche omogenee e possiamo stimarne la distanza attraverso lo spostamento verso il rosso delle righe spettrali. Allo stesso modo dovremmo anche osservare in essi gli effetti della dilatazione del tempo dovuta all’espansione cosmica. L’effetto deve intuitivamente essere più marcato per le sorgenti più distanti, tuttavia prese da sole non possono fornire molte informazioni. Escludendo i casi estremi, in prima approssimazione i quasar sono di dimensioni comparabili e simile frequenza del flickering, perciò con un ricco campione si può evidenziare l’effetto del rallentamento del tempo.

Il più vicino dei QSO è 3C 273 nella Vergine (al centro) qui ripreso, con il suo cartteristico getto, dal telescopio PanSTARRS. Pur essendo nuclei brillanti di distanti galassie, i QSO appaiono sempre come sorgenti puntiformi di aspetto stellare. A tradire la loro distanza è lo spostamento verso il rosso. 3C 273 dista circa 2.4 miliardi di anni luce. (Nostra elaborazione dai dati grezzi)

L’espansione cosmica

L’espansione cosmica non solo allunga i treni d’onda della radiazione, il loro colore passa dal blu al rosso, ma aumentano anche gli intervalli tra più eventi come, appunto, le fluttuazioni casuali di luce. Il tremolio arriva quindi agli osservatori sempre più lentamente. Questo “movimento lento” non è però intrinseco: la velocità del tempo è sempre la stessa a qualsiasi epoca.

La dilatazione cosmica del tempo era stata comunque già registrata con le supernove distanti. Le esplosioni stellari sembrano avvenire più lentamente all’aumentare dello spostamento verso il rosso. L’effetto è per registrabile entro distanze di pochi miliardi di anni luce e mai dimostrato nei quasar.

L’analisi mediante la statistica bayesiana delle fluttuazioni luminose casuali ha permesso di notare il fenomeno di rallentamento del flickering dovuto all’espansioen cosmica. [Figura tratta da Lewis, G.F., Brewer, B.J. Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars. Nat Astron (2023)]

Tutto secondo le previsioni

Grazie alla computazionalmente complessa analisi dei dati, nello specifico la statistica bayesiana, gli autori hanno potuto testare e confrontare diverse spiegazioni per i dati disponibili. Nello specifico, hanno notato come la frequenza del tremolio diminuiva all’aumentare della distanza della sorgente. Per sorgenti entro il primo miliardo di anni dopo il Big Bang, cioè 13,8 miliardi di anni fa, la frequenza media del flickering era circa 5 volte più bassa. La spiegazione che la variazione del tempo del tremolio dei QSO sia dipendente dalla loro distanza è, secondo lo studio, molto più conclusiva di altre interpretazioni. Non c’è bisogno di scomodare teorie esotiche o modifiche di quelle attuali.  Di conseguenza, non c’è alcun conflitto con i modelli cosmologici accettati.

I risultati sono stati illustrati sulla rivista Nature Astronomy.

Iscriviti alla newsletter

Email: accetto non accetto
Informazioni su Giuseppe Donatiello 353 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa allo studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.