Venticinque anni dopo la sua scoperta, l’espansione accelerata del nostro Universo rimane uno dei più grandi misteri dell’astrofisica. Ancora non sappiamo con certezza quale sia la causa, quali parametri la guidino e come possiamo sondarne le caratteristiche.

Un’ipotesi per giustificare quest’espansione accelerata è l’esistenza di una forma di energia misteriosa, non direttamente rilevabile e diffusa in maniera omogenea nello spazio: l’energia oscura.

L’1 luglio 2023, sarà lanciata la missione Euclid dell’ESA, progettata proprio per esplorare l’Universo oscuro e, tra le altre cose, per capire perché l’espansione cosmica sta accelerando. Sul canale YouTube di Astrospace saremo in diretta a partire dalle 15:30, per commentare questo lancio e raccontarvi nel dettaglio la storia di Euclid, cosa studierà e quando lo farà:

Entro maggio 2027, un altro telescopio spaziale si unirà a Euclid, per esplorare oltre la luce delle galassie e comprendere tutto ciò che luce, di fatto, non è. Si tratta del Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, che utilizzerà strategie diverse da Euclid, ma complementari. Con questi due telescopi, misureremo l’espansione accelerata in modi diversi e con molta più precisione di quanto finora sia mai stato possibile.

Alla caccia dell’energia oscura: perché

Nel 1927 l’astronomo belga Georges Lemaître ha scoperto che l’Universo si è espanso sin dalla sua nascita, fatto poi confermato dalle osservazioni di Edwin Hubble nel 1929. Ma gli scienziati si aspettavano che la gravità della materia dell’universo rallentasse gradualmente tale espansione.

Negli anni ’90, osservando un particolare tipo di supernova, gli scienziati hanno scoperto che circa 6 miliardi di anni fa, un qualcosa (l’energia oscura? Forse) ha iniziato ad aumentare la sua influenza sull’Universo, e nessuno sa come o perché. Il fatto che stia accelerando, e non rallentando, significa che alla nostra comprensione del cosmo manca qualcosa di fondamentale.

Gli scienziati attualmente non sono neppure sicuri se l’espansione accelerata dell’Universo sia causata da un’ulteriore componente energetica, o se piuttosto segnali che la nostra comprensione della gravità deve essere in qualche modo cambiata.

Roman ed Euclid forniranno i dati per testare le teorie contemporaneamente e (speriamo) colmare queste lacune, cercando di individuare la causa dell’accelerazione cosmica in diversi modi. Entrambi sono stati progettati per studiarla, realizzando mappe 3D dell’Universo per tentare di rispondere a domande fondamentali sulla sua storia e la struttura. Insieme, saranno molto più potenti che non da soli.

Alla caccia dell’energia oscura: come

Sia Roman che Euclid studieranno l’accumulo di materia usando una tecnica chiamata lente gravitazionale debole. Il fenomeno della lente gravitazionale si verifica perché qualsiasi massa deforma il tessuto dello spazio-tempo; maggiore è la massa, maggiore è la curvatura che ne deriva. Anche le immagini di una sorgente distante risultano distorte quando arrivano a noi, tanto che a volte possono apparire completamente deformate o formare addirittura immagini multiple.

Una massa meno concentrata, come grumi di materia oscura, può invece creare effetti molto più sottili e più difficili da individuare. Studiando queste distorsioni più piccole, di lensing “debole” appunto, Roman ed Euclid creeranno ciascuno una mappa 3D della materia oscura.

Riuscire a mappare la distribuzione della materia oscura offrirà indizi sull’accelerazione cosmica e sulla sua alimentazione, perché l’attrazione gravitazionale di questo tipo di materia contrasta l’espansione dell’Universo. ù

E non è finita qui, perché le due missioni studieranno anche il modo in cui le galassie si sono raggruppate insieme nel corso delle ere cosmiche. Gli scienziati hanno infatti rilevato uno schema nel modo in cui le galassie si aggregano: per qualsiasi galassia oggi, abbiamo circa il doppio delle probabilità di trovare un’altra galassia a circa 500 milioni di anni luce di distanza, un po’ più vicina o più lontana. Questa distanza è cresciuta nel tempo a causa dell’espansione dello spazio. Guardando più lontano nell’Universo, è possibile studiare la distanza tra le galassie in epoche diverse. Vedere come è cambiata questa quantità aiuterà a sviscerare la storia dell’espansione dell’Universo.

Alla caccia dell’energia oscura: dove

Euclid osserverà un’area di circa 15000 gradi quadrati, ovvero un terzo del cielo. Lo farà sia nelle lunghezze d’onda della luce infrarosse che ottiche, ma con meno dettagli di Roman. Riuscirà ad andare indietro fino a 10 miliardi di anni, in un epoca in cui l’Universo aveva circa 3 miliardi di anni.

Roman, invece, sarà in grado di sondare l’universo con una profondità e una precisione molto maggiori, ma su un’area più piccola: circa 2000 gradi quadrati, o un ventesimo del cielo. La sua vista a infrarossi arriverà a quando l’Universo aveva solo 2 miliardi di anni, rivelando un numero maggiore di galassie più deboli.

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Inoltre, mentre Euclid si concentrerà esclusivamente sulla cosmologia, Roman esaminerà anche le galassie vicine, troverà e indagherà i pianeti in tutta la nostra galassia, studierà oggetti nella periferia del nostro Sistema Solare e molto altro.

Roman condurrà anche un’ulteriore indagine per osservare molte supernovae di tipo Ia distanti. Analizzando i dati di queste esplosioni cosmiche, sarà possibile scoprire quanto velocemente sembrano allontanarsi da noi. Confrontando la velocità con cui si stanno allontanando a diverse distanze, gli scienziati tracceranno l’espansione cosmica nel tempo.

Qui è possibile scaricare un’infografica in cui sono messi a confronto gli aspetti principali e le caratteristiche tecniche delle due missioni.