Installato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall della NSF, presso il Kitt Peak National Observatory in Arizona, c’è uno strumento scientifico impegnato in una delle ricerche più importanti mai portate avanti. Si tratta di DESI, acronimo di Dark Energy Spectroscopic Instrument, e sta conducendo un’indagine quinquennale per creare la più grande mappa 3D dell’Universo mai ottenuta.

Frutto di una collaborazione scientifica internazionale di oltre 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni in tutto il mondo, DESI è gestito dal Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Dall’inizio della sua indagine del cielo nel 2021, lo strumento ha osservato 5000 galassie ogni 20 minuti, per un totale di oltre 100 mila galassie a notte.

Gli astronomi stanno ora eseguendo l’analisi iniziale dei dati del primo anno di quest’indagine. Utilizzando gli spettri delle galassie vicine e dei quasar distanti, i ricercatori sono riusciti a misurare la storia dell’espansione dell’Universo con la massima precisione mai raggiunta prima, migliore dell’1%.

I risultati confermano le basi del modello cosmologico standard dell’Universo, e forniscono uno sguardo senza precedenti sulla natura dell’energia oscura e sui suoi effetti sulla struttura su larga scala dell’Universo.

Mappando l’Universo, galassia dopo galassia

Per mappare il cosmo, DESI raccoglie la luce da milioni di galassie in più di un terzo dell’intero cielo. Scomponendo la luce di ciascuna galassia nel suo spettro di colori, DESI può determinare quanto la luce è stata spostata verso il rosso, o allungata fino a una lunghezza d’onda maggiore (effetto di redshift), dall’espansione dell’Universo durante i miliardi di anni che ha viaggiato prima di raggiungere la Terra. In generale, maggiore è lo spostamento verso il rosso, più lontana è la galassia.

Dotato di 5000 minuscoli “occhi” robotici, DESI è in grado di eseguire questa misurazione a una velocità senza precedenti. Solo nel suo primo anno, DESI ha superato tutte le precedenti indagini di questo tipo in termini di quantità e qualità.

Con incredibile profondità e precisione, i dati del primo anno del DESI hanno permesso agli astronomi di misurare il tasso di espansione dell’Universo fino a 11 miliardi di anni fa, quando il cosmo aveva solo un quarto della sua età attuale, utilizzando una caratteristica della struttura su larga scala dell’Universo: le Baryon Acoustic Oscillations (BAO), oscillazioni acustiche barioniche.

Indagando la storia cosmica grazie alle BAO

Le BAO sono l’impronta residua delle onde di pressione che permeavano l’Universo primordiale quando non era altro che una zuppa calda e densa di particelle subatomiche. Mentre l’Universo si espandeva e si raffreddava, le onde ristagnavano, congelando le increspature e generando i semi di future galassie nelle aree più dense.

Questo modello può essere visto nella mappa dettagliata di DESI, che mostra filamenti di galassie raggruppate insieme, separate da vuoti dove ci sono meno oggetti.

Ad una certa distanza, le BAO diventano troppo deboli per essere rilevate utilizzando le galassie tipiche. Quindi gli astronomi guardano ciò che è retroilluminato da nuclei galattici estremamente distanti e luminosi noti, i quasar. Mentre la luce dei quasar viaggia attraverso il cosmo, infatti, viene assorbita dalle nubi intergalattiche di gas, consentendo agli astronomi di mappare le sacche di materia densa. Per implementare questa tecnica, i ricercatori hanno utilizzato 450mila quasar, il set più grande mai raccolto per questo tipo di studio.

Grazie alla capacità unica di DESI di mappare milioni di galassie vicine e quasar lontani, gli astronomi possono misurare la diffusione delle increspature in diversi periodi della storia cosmica, per vedere come l’energia oscura ha modificato la scala nel tempo durante l’espansione.

Dettagliando sempre più la storia cosmica

Anche se la storia dell’espansione dell’Universo potrebbe essere più complessa di quanto si immaginasse in precedenza, la conferma di ciò dovrà attendere il completamento del progetto DESI. Entro la fine della sua indagine quinquennale, DESI prevede di mappare oltre 3 milioni di quasar e 37 milioni di galassie. Man mano che verranno rilasciati più dati, gli astronomi miglioreranno ulteriormente i loro risultati.

“Questo progetto sta affrontando alcune delle più grandi domande dell’astronomia, come la natura della misteriosa energia oscura che guida l’espansione dell’Universo” ha affermato Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab.

E mentre DESI continua a stupire con le sue prestazioni, gli scienziati già sanno che i suoi dati funzioneranno in armonia con le future indagini del cielo condotte dall’Osservatorio Vera C. Rubin e dal Nancy Grace Roman Space Telescope. La collaborazione DESI sta attualmente studiando potenziali aggiornamenti allo strumento e pianificando di espandere la propria esplorazione cosmologica in una seconda fase, DESI-II.

A questa pagina sono reperibili una serie di pubblicazioni a partire dal primo rilascio di dati DESI.