Sulla sommità del Cerro Tololo in Cile, a 2200 metri sul livello del mare, l’Osservatorio Interamericano ospita il telescopio da 4 metri Victor M. Blanco, della National Science Foundation. Su questo piccolo telescopio, nel corso di sei anni, è stata istallata la Dark Energy Camera. Fotocamera digitale ad alta risoluzione, ha consentito di ottenere immagini altamente sensibili nella parte rossa dello spettro visibile e nel vicino infrarosso.
E’ questo potente oggetto che i ricercatori hanno sfruttato all’interno del Dark Energy Survey (DES), una campagna osservativa con l’obiettivo di studiare la struttura dell’Universo su larga scala. Con solo metà dei dati di quest’indagine molto dettagliata, i ricercatori sono stati in grado di ottenere importanti risultati nello studio della materia oscura e dell’energia oscura.
La potenza di DES
La Dark Energy Camera (DECam) sfruttata per l’indagine DES è una delle fotocamere digitali più potenti al mondo. E’ stata progettata specificatamente per DES, ma viene utilizzata per programmi che coprono una vasta gamma di scienze diverse, non solo la cosmologia. L’archivio scientifico di dati della fotocamera è curato dal Community Science and Data Center, un programma del NOIRLba.
Nel corso di sei anni, dal 2013 al 2019, DES è rimasto per il 30% del tempo sul Blanco Telescope, da dove ha osservato quasi un ottavo dell’intero cielo in 758 notti di osservazione. In questo modo ha catalogato centinaia di milioni di oggetti celesti. Successivamente, i dati dell’indagine sono stati elaborati presso il National Center for Supercomputing Applications presso l’Università dell’Illinois.
Solo durante i primi tre anni, la DECam ha rilevato 226 milioni di galassie in 345 notti, cosa che ha permesso di creare le mappe più grandi e precise mai viste della distribuzione di galassie nell’Universo vicino. Esse forniscono una fotografia altamente dettagliata dell’attuale struttura su larga scala dell’Universo, ma non solo. Poiché DES ha catturato sia galassie vicine, sia galassie a miliardi di anni luce di distanza, l’istantanea trattiene i segreti di come la struttura cosmica sia evoluta negli ultimi 7 miliardi di anni.
La struttura dell’Universo con una precisione mai raggiunta prima
I ricercatori hanno confrontato i risultati di DES con le misurazioni dell’osservatorio spaziale Planck dell’ESA (Planck Surveyor). Planck ha studiato la radiazione cosmica di fondo, sfruttandola per raggiungere l’Universo primordiale ad appena 380 mila anni dopo il Big Bang. I suoi dati forniscono quindi un ritratto dell’Universo di 13 miliardi di anni fa, e hanno permesso di aggiornare i modelli cosmologici su come la materia e la materia oscura si siano evolute fino ai giorni nostri.
Dal paragone tra le due indagini, è emerso che DES fornisce il test più potente del miglior modello di Universo fino ad oggi. I suoi dati, infatti, hanno permesso al team di definire la densità e l’aggregazione dell’Universo con una precisione senza precedenti. I risultati si sono dimostrati coerenti con le previsioni del modello cosmologico standard. Anche in DES emergono tuttavia indizi, come da diverse indagini che l’hanno preceduto, che l’Universo oggi è meno irregolare di quanto previsto.
Quantificare la materia oscura e l’energia oscura
Sappiamo che la materia ordinaria costituisce solo il 5% circa dell’Universo. Invece l’energia oscura, che secondo i cosmologi guida l’espansione accelerata dell’Universo, ne occupa il 70%. Il restante 25% è materia oscura.
Sia la materia oscura che l’energia oscura sono così chiamate perché non emettono o trattengono radiazione elettromagnetica, perciò non possiamo vederle. DES tenta di comprenderne la natura studiando come entrambe agiscano sulla struttura dell’Universo nel corso del tempo.
Per poter quantificare la distribuzione della materia oscura e l’effetto dell’energia oscura, DES si è basato su due fenomeni:
- Su larga scala, la distribuzione delle galassie non è casuale. Esse sono disposte su una struttura a ragnatela, la cosiddetta ragnatela cosmica, creata dagli effetti gravitazionali della materia oscura. Misurando l’evoluzione della ragnatela cosmica nel corso della storia dell’Universo, DES ha rivelato regioni che presentano una maggiore densità di materia oscura.
- A causa della gravità, la presenza di grossi ammassi di materia devia la luce proveniente da oggetti lontani, distorcendone l’immagine e creando l’effetto di lente gravitazionale. Studiando l’apparente allineamento di galassie lontane e galassie vicine dai dati di DES, i ricercatori hanno potuto dedurre l’aggregazione della materia oscura nell’Universo.
Cos’altro possiamo aspettarci da DES?
I metodi di studio della struttura cosmica sviluppati dal team di giovani ricercatori del DES aprono la strada a future indagini celesti, come il Rubin Observatory Legacy Survey. “DES sul telescopio Blanco ha posto le basi per le straordinarie scoperte che avverranno nel prossimo decennio” afferma Chris Davis, direttore del programma di NSF per NOIRLab.
DES ha concluso le sue osservazioni del cielo notturno nel 2019. Con l’esperienza acquisita dall’analisi dei primi tre anni di dati, il team è ora pronto a gestire il set di dati completo. L’analisi finale dovrebbe riuscire a fornirci un ritratto ancora più preciso nel nostro Universo. Anche del suo lato oscuro, ovvero ciò che non siamo in grado di vederci.
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