La possibilità che la gravità possa indurre oggetti massicci come le galassie a piegare il tessuto dello spaziotempo, agendo come una lente che devia la luce di oggetti distanti, era stata prevista da Einstein già nel 1912; tuttavia, la prima immagine doppia di un quasar prodotta dalla gravità è stata scoperta solo nel 1979, mentre la prima immagine quadrupla, ribattezzata "croce di Einstein", risale al 1985. Da allora ne sono state scoperte solo una cinquantina e "...trovarne di nuove è difficile, perché non abbiamo idea di dove cercarle esattamente e richiedono immagini ad alta risoluzione spaziale per individuare i candidati", afferma F. Mignard dell'Università della Costa Azzurra in Francia e membro del Gaia Gravitational Gruppo di lavoro sulle lenti (GraL) che ha pubblicato le sue ultime scoperte su The Astrophysical Journal.

 Gaia ha segnato, anche in questo settore di ricerca, un punto di svolta grazie alla copertura dell'intera volta celeste con una risoluzione spaziale senza precedenti. Il team ha utilizzato metodi di apprendimento automatico per addestrare un computer a riconoscere candidati tali configurazioni nella Data Release 2 di Gaia. Tali candidati necessitavano però di una conferma spettroscopica, per essere certi che non si trattasse di semplici allineamenti casuali. Poiché le misurazioni spettrofotometriche di Gaia non sono ancora state pubblicate, la fotometria ottenuta dal Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA è stata utilizzata per preselezionare i candidati più promettenti in questo senso ed una successiva analisi spettroscopica effettuata con telescopi terrestri (Keck, Palomar, NNT e Gemini-Sud) ha confermato che 12 candidati erano in effetti singoli quasar a immagine quadrupla.

Gaia Lensing explained

Il meccanismo di produzione di una croce di Einstein - Copyright: R. Hurt (IPAC/Caltech)/The GraL Collaboration

 Le 12 immagini a falsi colori nel mosaico di apertura coprono 15 secondi d'arco per lato e sono tratte dai cataloghi PanSTARRS e Dark Energy Survey. La separazione minima tra le immagini più ravvicinate è circa 0,5 secondi d'arco e il punto sfocato al centro delle immagini è la galassia lente, la cui gravità sta suddividendo la luce dal quasar dietro di essa. Partendo da sinistra in alto, esse sono: GraL J024848.7+191331, GraL J060710.8-215217, GraL J060841.4+422937, GraL J065904.1+162909, GraL J081828.3 -261325, GraL J113100.0-442000, GraL J153725,3-301017, GraL J165105.3-041725, GraL J181730.8+272940, GraL J201749.1+620443, GraL J203802.7-400814, GraL J210329.0-085049 (i numeri indicano le coordinate celesti).

 I quasar con immagini multiple sono strumenti unici per misurare i parametri cosmologici fondamentali, primo fra tutti la costante di Hubble-Lemaître, l'attuale tasso di espansione dell'Universo, il cui valore è ancora controverso. Facendo un modello di questi sistemi e monitorando come le quattro diverse immagini del quasar variano di luminosità nel tempo, gli astronomi possono determinare il tasso di espansione dell'Universo con un metodo indipendente da quelli canonici, aiutando forse a risolvere la diatriba. "I quasar sono oggetti intrinsecamente variabili, e poiché la luce in ciascuna immagine della lente ha attraversato percorsi diversi nell'Universo, le fluttuazioni della luce del quasar si manifestano nelle immagini in momenti diversi. Da ciò è possibile stimare la costante di Hubble-Lemaître, " spiega il membro del team Alberto Krone-Martins dell'Università della California, Irvine, USA e del Centro di Astrofisica e Gravitazione dell'Università di Lisbona, Portogallo.

 Un altro motivo per cui gli astronomi cercano quasar a immagini multiple è che possono fornire preziose informazioni sulla distribuzione della materia oscura nelle galassie in primo piano. "Basandoci sulla relatività generale e sulla distribuzione della materia nella galassia, possiamo prevedere dove dovrebbero essere le immagini del quasar distorte dalla lente gravitazionale. La differenza tra ciò che prevediamo e ciò che osserviamo, ci dice qualcosa sulle proprietà dei diversi modelli di materia oscura", dice Alberto. Ciò richiede ulteriori osservazioni di follow-up ottiche, radio e raggi X che sono attualmente in corso.

 Il gruppo di lavoro del Gaia Gravitational Lenses si aspetta che molti altri quasar a immagini multiple possano essere trovati nelle prossime versioni dei dati di Gaia, inclusa la EDR3 recentemente pubblicata. "Dopo il rilascio dei dati finali, speriamo che Gaia scopra centinaia di queste fonti. Grazie a Gaia e alla sinergia tra apprendimento automatico e osservazioni con telescopi spaziali e terrestri, stiamo diventando sempre più efficienti nel trovare questi oggetti unici ", aggiunge Christine.