Scoperto il più brillante quasar doppio
	a cura di Mirco Elena (Associazione Astrofili Trentini)

Non c'è che dire. Il caso ha giocato un ruolo importante in questa avventura scientifica, nata da una ricerca di routine effettuata su una lastra presa con un telescopio ESO, l'Osservatorio Australe Europeo. Il nuovo oggetto non solo è il più brillante quasar doppio noto (la sua sigla è HE 1104-1805 AB), ma potrebbe permettere nel giro di un breve tempo di stimare in modo indipendente la scala delle distanze nell'universo. Il suo studio promette anche di approfondire le conoscenze sulla composizione e la struttura delle misteriose nubi di gas assorbente presenti nelle prime fasi di vita del cosmo.

Attualmente sono noti più di 5000 quasar, ma la maggior parte di essi sono piuttosto deboli, e richiedono grossi telescopi per essere esaminati. I quasar sufficientemente brillanti da essere studiati alle varie lunghezze d'onda sono delle vere rarità. La loro ricerca si effettua impiegando strumenti a grande campo, come il telescopio Schmidt da un metro di diametro, situato a La Silla, utilizzato dal 1990 nel corso della campagna ESO Bright QSO Survey (rilevamento ESO di quasar brillanti). Il telescopio funziona in questo caso come un'enorme macchina fotografica a grande campo ed è equipaggiato con un grande prisma obiettivo (il più grande al mondo di questo tipo). In tal modo sulla lastra fotografica vengono registrati direttamente gli spettri degli oggetti celesti. Per registrare i segnali più deboli, si utilizzano tempi di esposizione di 75 minuti. Su ciascuna singola lastra fotografica possono venire registrati sino a 30.000 spettri simultaneamente; essi appaiono come segmenti brevi e sottili.

Il passo successivo consiste nell'esaminare le lastre con un microfotometro veloce all'Osservatorio di Amburgo. I dati sono immessi in un computer, che li elabora grazie a del software appositamente sviluppato. L'alternarsi delle zone chiare e scure in uno spettro è il criterio che permette di risalire alla natura dell'oggetto considerato. Si può così rapidamente determinare se si tratta di una stella della Via Lattea, di una galassia o di qualcos'altro ancora. Quando uno spettro presenta alcune caratteristiche tipiche, l'oggetto corrispondente viene identificato come un possibile quasar; si tratta tuttavia -a questo stadio- di una classificazione molto grossolana. Per essere completamente certi della natura del candidato a quasar, si procede poi ad una sua osservazione dettagliata, impiegando tecniche spettroscopiche ad alta dispersione con i telescopi da 1,5 e da 3,6 metri di La Silla. Se si ha la conferma della natura di quasar dell'oggetto esaminato, si determina la sua distanza sulla base del redshift. Nel corso della sua attività, la eso Bright QSO Survey ha avuto sin qui un buon successo. In un'area che corrisponde a meno del 4% dell'intero cielo, essa ha già identificato più di 200 nuovi quasar più luminosi della magnitudine 17,5.

Nel marzo del 1993 L. Wisotzki e T. Köhler, entrambi dell'Osservatorio di Amburgo, stavano raccogliendo dati spettroscopici su alcuni nuovi candidati a quasar con lo strumento EFOSC (Camera e spettrografo per oggetti deboli) applicato al telescopio da 3,6 metri. Le osservazioni venivano effettuate attraverso una sottile fenditura che consentiva il passaggio solo alla luce del quasar e di una piccola porzione di cielo circostante. Il vantaggio di questa procedura era di consentire in seguito di sottrarre il segnale corrispondente al fondo cielo, ottenendo così lo spettro "puro" del quasar. Gli astronomi puntarono il telescopio verso uno dei candidati più brillanti. Sulla lastra fotografica questo corpo celeste appariva perfettamente normale: un oggetto singolo. Stessa cosa al telescopio. Non c'è da sorprendersi, quindi, se i due astronomi non notarono alcunché di particolare durante l'osservazione. Lo spettro venne registrato ed essi passarono quindi a studiare altre sorgenti quasi stellari.

Fu solamente alcune settimane più tardi che Wisotzki e Köhler -durante la riduzione dei dati ad Amburgo- notarono che lo spettro era doppio. Era davvero un quasar, ma accanto ad un bello spettro ve ne era un altro, molto più debole, ma apparentermente identico al primo. Il quasar era evidentemente un oggetto doppio! Questa scoperta inattesa fu dovuta al casuale fortunato allineamento della fenditura dello spettrografo, che aveva permesso l'ingresso della luce dell'oggetto B, il più debole. Lo spettro di quest'ultimo non era ben esposto, e non consentiva un interpretazione priva di dubbi. La distanza tra la componente A e la B è di 3 secondi d'arco ed è a causa di questa vicinanza che in passato non ci si era mai accorti -né sulle lastre fotografiche né al telescopio- della natura doppia di questo corpo celeste.

Per meglio comprendere la natura di HE 1104-1805 AB (così la nuova scoperta è stata battezzata), è stato utilizzato il telescopio NTT da 3,5 metri dell'ESO, nelle notti del 10 e del 12 maggio 1993, riuscendo ad ottenere dati spettroscopici e fotometrici molto più dettagliati. Ecco quindi il quadro che emerge da questi studi. I due oggetti HE 1104-1805 AB formano una coppia di quasar con spettri quasi identici. Il redshift è z=2,303; la velocità di recessione è di circa 250.000 km/s (questo corrisponde a guardare indietro nel tempo fino a quando l'universo aveva meno di un quinto dell'età attuale). La componente A, più brillante, ha una magnitudine di 16,2 ed è oltre cinque volte più luminosa della B (m=18,0). Trattandosi del quasar doppio più brillante che si conosca, esso è particolarmente adatto ad essere studiato nei dettagli. Ciò non è possibile con gli altri oggetti dello stesso tipo, causa la scarsità di luce che da essi ci giunge.

La stretta somiglianza dei due spettri indica che potrebbe trattarsi di due immagini dello stesso corpo, la cui luce è stata deviata da un oggetto che si trova tra il quasar e noi con il meccanismo della lente gravitazionale, scoperto per la prima volta circa quindici anni fa.

Un esame accurato mostra tuttavia che ci sono piccole differenze negli spettri delle componenti A e B. Si tratta però proprio delle differenze che ci si attenderebbe nel caso la sorgente più brillante fosse "amplificata" dal microlensing , dovuto ad una o più stelle presenti nella galassia che fa da lente gravitazionale e che si trova lungo la nostra linea visuale verso il quasar. Vi è comunque una buona possibilità di mettere alla prova questa ipotesi, in quanto la differenza negli spettri si dovrebbe allora annullare nel giro di pochi anni al massimo. Se tuttavia questo non si dovesse verificare, allora HE 1104-1805 AB dovrebbe venir considerato come una coppia di quasar distinti a tutti gli effetti. Potrebbero addirittura rappresentare due quasar in orbita attorno al comune centro di massa. Bisogna peraltro dire che la maggior parte degli astronomi propende per la prima ipotesi. In tal caso, se cioè HE 1104-1805 fosse davvero l'effetto ottico dovuto ad una lente gravitazionale, allora si potrà determinare con quanto ritardo una componente presenterà gli stessi cambiamenti luminosi visti in precedenza nella sua compagna. Questa misura (suggerita ancora nel 1964 da S. Refsdal, molto in anticipo rispetto alla scoperta del primo quasar doppio) è banale nel caso di un oggetto così brillante, e fornirebbe una valutazione della costante di Hubble totalmente indipendente dagli altri metodi comunemente impiegati. Ci si attende che il ritardo temporale tra le due immagini sia di soli pochi mesi, alquanto più breve che negli altri quasar doppi noti.

Gli spettri evidenziano un'ulteriore evidente differenza tra le due componenti, mai prima d'ora osservata nei quasar doppi. Negli spettri ci sono diverse intense righe di assorbimento, prodotte quando la luce del corpo celeste attraversa una nube intergalattica ricca di metalli. Essa si trova ad un redshift z=1,66 cioè è più vicina a noi di circa un miliardo di anni luce rispetto al quasar. Queste righe non solo ci forniscono informazioni sullo spessore e sulla composizione chimica della nube, ma ci consentono anche di stimare delle sue dimensioni; infatti, visto che queste righe sono visibili solo nello spettro della componente A, ciò significa che la luce proveniente dai due quasar deve attraversare due zone di spazio con densità di gas differenti. Si può facilmente calcolare che, alla distanza della nube, la luce che poi giunge sino a noi percorre traiettorie separate da circa 60.000 anni luce. Questa può essere la scala approssimativa della nube.

Le prime osservazioni di HE 1104-1805 AB fatte con gli strumenti a bordo dei satelliti orbitanti mostrano che il nuovo oggetto emette intensamente nell'ultravioletto, ed è anche una forte sorgente di raggi X. In quest'ultimo caso, tuttavia, il segnale elettromagnetico potrebbe provenire da un eventuale ammasso di galassie interposto tra noi e il quasar, ammasso che potrebbe essere responsabile anche dell'effetto lente gravitazionale. Ulteriori approfondite analisi, anche impiegando il telescopio spaziale Hubble, potranno risolvere alcuni degli interrogativi aperti dalla scoperta del quasar doppio più brillante.

(adattato da un comunicato ESO)