DESI: la macchina del tempo che svela l’energia oscura e l’espansione cosmica
La mappatura tridimensionale dell’universo: un passo avanti nella comprensione dell’energia oscura
Il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), installato su un telescopio in Arizona, ha realizzato la più vasta mappa tridimensionale dell’universo mai creata fino ad oggi, mappando oltre 30 milioni di galassie e 3 milioni di quasar. Questo imponente lavoro, frutto della collaborazione di oltre 900 ricercatori, ci aiuta a comprendere l’espansione dell’universo e il ruolo dell’energia oscura.
• La mappatura tridimensionale dell’universo: un passo avanti nella comprensione dell’energia oscura
• Scoperte pionieristiche e visioni future
• Svelare i misteri dell’energia oscura
Il DESI, grazie a un array robotico di 5.000 “occhi” in fibra ottica che scrutano il cielo notturno, ha misurato gli spettri di più di 30 milioni di galassie e 3 milioni di quasar per determinare la velocità di espansione dell’universo nel corso di 11 miliardi di anni. Questa annuncio è il risultato di una collaborazione internazionale che comprende più di 70 istituzioni, tra cui astronomi dell’UC Santa Cruz con ruoli di leadership nel progetto.
Scoperte pionieristiche e visioni future
“Se i trend accennati in questo primo set di dati saranno confermati nella nostra analisi del terzo anno, sarà una scoperta importante”, ha affermato l’astrofisica Alexie Leauthaud, professore associato nel Dipartimento di Astronomia e Astrofisica dell’UC Santa Cruz. ”Sarà un periodo estremamente eccitante per far parte della collaborazione DESI”.
Il DESI è basato presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e la sua comprensione è legata a come il nostro universo si è evoluto e a come finirà, e a uno dei più grandi misteri della fisica: l’energia oscura, l’ingrediente sconosciuto che causa l’espansione sempre più veloce del nostro universo.
Svelare i misteri dell’energia oscura
Per la prima volta, gli scienziati hanno misurato la storia dell’espansione dell’universo giovane con una precisione superiore all’1%, offrendoci la migliore visione di come l’universo si sia evoluto. I ricercatori hanno condiviso l’analisi del loro primo anno di dati raccolti in più articoli che saranno pubblicati su arXiv e in presentazioni all’American Physical Society negli Stati Uniti e alle Rencontres de Moriond in Italia.
Il DESI, con i suoi componenti progettati per puntare automaticamente su insiemi preselezionati di galassie, raccogliere la loro luce e poi dividerla in strette bande di colore per mappare con precisione la loro distanza dalla Terra e valutare quanto l’universo si sia espanso mentre questa luce viaggiava verso la Terra, è una sorta di macchina del tempo da 11 tonnellate. In condizioni ideali, il DESI può ciclare attraverso un nuovo set di 5.000 galassie ogni 20 minuti.
Attraverso la mappatura ripetuta della distanza di milioni di galassie e quasar in un terzo dell’area del cielo negli ultimi cinque anni, il DESI ci insegna di più sull’energia oscura e sulla storia dell’universo. La nostra attuale comprensione è che la gravità ha rallentato il tasso di espansione nell’universo primordiale, ma l’energia oscura ha successivamente accelerato la sua espansione.
La precisione complessiva del DESI sulla storia dell’espansione in tutti gli 11 miliardi di anni è dello 0,5%, e l’epoca più lontana, che copre 8-11 miliardi di anni nel passato, ha una precisione record dello 0,82%. Quella misurazione del nostro giovane universo è incredibilmente difficile da realizzare. Eppure, in un solo anno, il DESI è diventato due volte più potente nel misurare la storia dell’espansione in questi tempi primordiali rispetto al suo predecessore (il Sloan Digital Sky Survey’s BOSS/eBOSS), che ha impiegato più di un decennio.
Guardando la mappa del DESI, è facile vedere la struttura sottostante dell’universo: filamenti di galassie raggruppate insieme, separati da vuoti con meno oggetti. Il nostro universo primordiale, ben oltre la vista del DESI, era molto diverso: una zuppa calda e densa di particelle subatomiche che si muovevano troppo velocemente per formare materia stabile come gli atomi che conosciamo oggi. Tra queste particelle c’erano nuclei di idrogeno e elio, collettivamente chiamati barioni.
Le piccole fluttuazioni in questo plasma ionizzato primordiale hanno causato onde di pressione, spostando i barioni in un modello di increspature simile a quello che si vedrebbe se si gettasse un pugno di ghiaia in uno stagno. Mentre l’universo si espandeva e si raffreddava, si formavano atomi neutri e le onde di pressione si fermavano, congelando le increspature in tre dimensioni e aumentando l’aggregazione delle future galassie nelle aree dense. Miliardi di anni dopo, possiamo ancora vedere questo debole modello di increspature tridimensionali, o bolle, nella separazione caratteristica delle galassie, una caratteristica chiamata Oscillazioni Acustiche Barioniche (BAO).
I ricercatori utilizzano le misurazioni BAO come un righello cosmico. Misurando la dimensione apparente di queste bolle, possono determinare le distanze dalla materia responsabile di questo modello estremamente debole nel cielo. Mappando le bolle BAO sia vicine che lontane, i ricercatori possono suddividere i dati in segmenti, misurando quanto velocemente l’universo si stava espandendo in ogni momento del suo passato e modellando come l’energia oscura influenzi quell’espansione.
“Abbiamo misurato la storia dell’espansione su questo vasto intervallo di tempo cosmico con una precisione che supera tutte le precedenti indagini BAO combinate”, ha detto Hee-Jong Seo, professore alla Ohio University e co-leader dell’analisi BAO del DESI. “Siamo molto entusiasti di scoprire come queste nuove misurazioni miglioreranno e modificheranno la nostra comprensione del cosmo. Gli esseri umani hanno una fascinazione senza tempo per il nostro universo, volendo sapere sia di cosa è fatto sia cosa gli accadrà”.
Il DESI è supportato dall’Ufficio di Scienza del DOE e dal National Energy Research Scientific Computing Center, un impianto utente dell’Ufficio di Scienza del DOE. Ulteriore supporto per il DESI è fornito dalla National Science Foundation degli Stati Uniti; dal Science and Technology Facilities Council del Regno Unito; dalla Gordon and Betty Moore Foundation; dalla Heising-Simons Foundation; dalla Commissione Francese per le Energie Alternative e l’Energia Atomica (CEA); dal Consiglio Nazionale delle Scienze Umanistiche, delle Scienze e delle Tecnologie del Messico; dal Ministero della Scienza e dell’Innovazione della Spagna; e dalle istituzioni membro del DESI.
La collaborazione DESI è onorata di poter condurre ricerche scientifiche su Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montagna di particolare significato per la Nazione Tohono O’odham.