Un viaggio a ritroso nello spazio e nel tempo illuminato dai quasar. Un team internazionale guidato dalla docente del Dipartimento di Fisica e Astronomia Elisabeta Lusso e dal ricercatore Emanuele Nardini dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri (INAF) si è aggiudicato il più grande programma di osservazione assegnato quest’anno per il telescopio spaziale XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
Con un totale di 325 ore di tempo osservativo il progetto studierà 18 quasar, la cui radiazione è stata emessa oltre 12 miliardi di anni fa, quando l’Universo era ancora giovanissimo. I quasar che saranno osservati tramite XMM-Newton sono tra gli oggetti più luminosi conosciuti, e si trovano ad un redshift intorno a 4.
Il redshift (letteralmente “spostamento verso il rosso”) è un parametro fondamentale in astronomia che indica la distanza di un oggetto celeste e, di conseguenza, l’epoca cosmica in cui lo stiamo osservando. Maggiore è il valore, più è lontano e antico l’oggetto.
“Un quasar (QUASi-stellAR radio source) è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso alimentato dalla crescita di un buco nero supermassiccio, che e ingloba enormi quantità di materia e ne trasforma una frazione significativa in energia – spiega Lusso –. Grazie a questa altissima luminosità, tali oggetti si comportano come veri fari cosmici, permettendo di studiare sia le condizioni fisiche della materia nelle galassie sia i processi che hanno guidato la formazione e l’evoluzione delle strutture cosmiche primordiali”.
Il cuore scientifico del programma riguarda la cosmologia. L’osservazione dei ricercatori Unifi e INAF interesserà oggetti che esistevano quando l’Universo aveva ‘solo’ un miliardo di anni e avrà l’obiettivo di ‘spostare indietro’ il Diagramma di Hubble. Si tratta della metodologia che descrive l’espansione dell’Universo e mette in relazione la distanza delle galassie con la velocità alla quale si allontanano dalla Terra, misurata osservando lo spostamento verso il rosso – il redshift – della loro luce.
I ricercatori dell’Università di Firenze hanno preso parte alle prime ricerche che hanno proposto il potenziale utilizzo dei quasar come sorgenti di riferimento nelle misurazioni cosmologiche, sfruttando la relazione (già nota negli anni ’80) tra emissione ottica ultravioletta ed emissione nei raggi X.
“Lo studio dei quasar ad alto redshift offre la possibilità di estendere il diagramma a epoche sempre più lontane – continua Lusso –. Studiando il legame tra l’emissione nei raggi X e quella ultravioletta dei quasar, puntiamo a ricostruire l’andamento dell’espansione dell’Universo in epoche molto remote, estendendo il diagramma di Hubble a distanze mai esplorate prima. Studi precedenti, condotti da Unifi su quasar meno lontani caratterizzati da redshift intorno a 3, avevano già suggerito possibili scostamenti rispetto alle previsioni del modello cosmologico standard ΛCDM”.
“La nostra campagna osservativa permetterà di verificare se queste discrepanze si confermano anche a redshift più elevati, con implicazioni potenzialmente decisive per la comprensione dell’energia oscura e del ritmo con cui l’Universo si espande. Se confermassimo possibili scostamenti dal modello attuale, la nostra scoperta potrebbe portare all’introduzione di nuova fisica per spiegare l’evoluzione passata e futura dell’universo”.
“Oltre all’aspetto cosmologico – aggiunge Nardini – il progetto ha un’importante valenza astrofisica, perché analizza come i buchi neri supermassicci catturino la materia circostante in condizioni estreme ed influenzino le proprietà della galassie ospiti”.
La sensibilità delle osservazioni rese possibili da XMM-Newton permetterà infatti anche di identificare quasar con emissione nei raggi X anomala o soppressa, una popolazione elusiva che potrebbe rappresentare una fase cruciale, ma ancora poco compresa, dell’evoluzione di questi oggetti, e spiegare perché siano così rari nell’Universo di oggi.
