Energia oscura, nuovi dati producono vincoli sulla storia di espansione dell’Universo

Quattro metodi per studiare l’energia oscura si uniscono per la prima volta in un unico esperimento.

La Dark Energy Survey Collaboration ha raccolto informazioni su centinaia di milioni di galassie nell’Universo utilizzando la Dark Energy Camera prodotta dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, montata sul telescopio Víctor M. Blanco della National Science Foundation degli Stati Uniti presso il CTIO, un programma della NSF NOIRLab.

La loro analisi completa combina per la prima volta tutti e sei i dati anni e produce vincoli sulla storia di espansione dell’Universo due volte più stretti rispetto alle analisi precedenti.

Il Dark Energy Survey (DES) è uno sforzo internazionale e collaborativo volto a mappare centinaia di milioni di galassie, rilevare migliaia di supernove e trovare schemi di struttura cosmica che aiutino a rivelare la natura della misteriosa energia oscura che sta accelerando l’espansione del nostro Universo.

Dal 2013 al 2019, la Collaborazione DES ha effettuato un sondaggio profondo e su vasta area del cielo utilizzando la Dark Energy Camera (DECam) da 570 megapixel fabbricata dal DOE, montata sul telescopio NSF Víctor M. Blanco da 4 metri presso l’Osservatorio Interamericano NSF Cerro Tololo (CTIO) in Cile.

Per 758 notti in sei anni, la Collaborazione DES ha registrato informazioni provenienti da 669 milioni di galassie che si trovano a miliardi di anni luce dalla Terra, coprendo un ottavo del cielo.

Oggi, la DES Collaboration rilascia risultati che, per la prima volta, combinano tutti e sei i dati anni provenienti da sonde di lens debole e clustering galattico — due tecniche per misurare la storia di espansione dell’Universo.

La collaborazione presenta anche i primi risultati ottenuti combinando tutti e quattro i metodi di misurazione della storia di espansione dell’Universo — oscillazioni acustiche barioniche (BAO), supernove di tipo Ia, ammassi di galassie e lenticing gravitazionale debole — come proposto all’inizio della DES 25 anni fa.

 L’articolo, presentato a Physical Review D, rappresenta un riassunto di 18 articoli di supporto.

“È una sensazione incredibile vedere questi risultati basati su tutti i dati e con tutte e quattro le sonde che DES aveva pianificato. Era qualcosa che avrei solo osato sognare quando il DES ha iniziato a raccogliere dati, e ora il sogno si è avverato,” afferma Yuanyuan Zhang, assistente astronomo presso NSF NOIRLab e membro della DES Collaboration.

L’analisi produce nuovi vincoli più stretti che restringono i possibili modelli di come si comporta l’Universo.

Questi vincoli sono più del doppio di quelli delle analisi DES passate, pur rimanendo coerenti con i risultati DES precedenti.

“Questi risultati del Dark Energy Survey gettano nuova luce sulla nostra comprensione dell’Universo e della sua espansione”, ha detto Regina Rameika, Vice Direttrice per l’Ufficio di Fisica delle Alte Energie presso l’Ufficio di Scienza (DOE/SC) del DOE.

“Dimostrano come un investimento a lungo termine nella ricerca e la combinazione di molteplici tipi di analisi possano fornire spunti su alcuni dei più grandi misteri dell’Universo.”

Il primo indizio sull’energia oscura fu scoperto circa un secolo fa, quando gli astronomi notarono che galassie lontane sembravano allontanarsi da noi. Anzi, più una galassia è lontana, più velocemente si ritira.

Questo fornì la prima prova chiave che l’Universo si sta espandendo. Ma poiché l’Universo è permeato dalla gravità, una forza che attira la materia insieme, gli astronomi si aspettavano che l’espansione rallentasse nel tempo.

Poi, nel 1998, due team indipendenti di cosmologi hanno utilizzato supernove lontane per scoprire che l’espansione dell’Universo sta accelerando piuttosto che rallentando.

Per spiegare queste osservazioni, proposero un nuovo tipo di fenomeno responsabile della guida dell’espansione accelerata dell’Universo: l’energia oscura.

Gli astrofisici ora credono che l’energia oscura rappresenti circa il 70% della densità massa-energia dell’Universo. Eppure, sappiamo ancora molto poco a riguardo.

Negli anni successivi, gli scienziati iniziarono a ideare esperimenti per studiare l’energia oscura, inclusa la DES.

Oggi, il DES è una collaborazione internazionale di oltre 400 astrofisici e scienziati provenienti da 35 istituzioni in sette paesi, guidata dal Fermi National Accelerator Laboratory del DOE.

Per i risultati più recenti, gli scienziati del DES hanno notevolmente avanzato i metodi che utilizzano la lente debole per ricostruire in modo robusto la distribuzione della materia nell’Universo.

La lenticistica debole è la distorsione della luce proveniente da galassie lontane dovuta alla gravità della materia interposata, come gli ammassi di galassie.

Lo hanno fatto misurando la probabilità che due galassie siano a una certa distanza e la probabilità che vengano anch’esse distorte in modo simile da una lente debole.

Ricostruendo la distribuzione della materia nel corso di sei miliardi di anni di storia cosmica, queste misurazioni della debole lente e della distribuzione delle galassie indicano agli scienziati quanta energia oscura e materia oscura ci sia in ogni momento.

In questa analisi, il DES ha testato due modelli dell’Universo rispetto ai loro dati. Esiste il modello standard di cosmologia attualmente accettato — la materia oscura fredda lambda (ΛCDM) — in cui la densità di energia oscura è costante. Esiste anche un modello esteso, in cui la densità di energia oscura si evolve nel tempo — conCDM.

DES ha rilevato che i loro dati erano per lo più allineati al modello standard della cosmologia.

Anche i loro dati corrispondono al modello di energia oscura in evoluzione, ma non meglio di quanto si adattino al modello standard.

Tuttavia, un parametro è ancora sbagliato.

Basandosi sulle misurazioni dell’Universo primitivo, sia il modello standard che quello in evoluzione dell’energia oscura prevedono come la materia nell’Universo si concentri in tempi successivi. In analisi precedenti, l’aggregazione galattica è risultata diversa da quanto previsto.

Quando il DES ha aggiunto i dati più recenti, quel divario si è ampliato, ma non ancora al punto di essere certo che il modello standard della cosmologia sia errato. L

a differenza persisteva anche quando i DES combinavano i loro dati con quelli di altri esperimenti.

Successivamente, il DES combinerà questo lavoro con i vincoli più recenti di altri esperimenti sull’energia oscura per indagare modelli di gravità alternativa e energia oscura.

Questa analisi è importante anche perché apre la strada al nuovo NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory, finanziato dalla NSF e dal DOE/SC, e gestito congiuntamente da NSF NOIRLab e SLAC, per raccogliere dati complementari durante il suo decennale Legacy Survey of Space and Time (LSST). 

LSST è un’indagine profonda e ampia che catalogherà circa 20 miliardi di galassie nell’intero cielo dell’emisfero sud.

I dati possono essere combinati con quelli provenienti da indagini come DES per consentire misurazioni ad alta precisione dei parametri cosmologici che affineranno ulteriormente la nostra comprensione dell’energia oscura e della storia dell’espansione dell’Universo.

“Il DES è stato trasformativo, e l’Osservatorio NSF–DOE Vera C. Rubin ci porterà ancora più oltre,” ha detto Chris Davis, Direttore del Programma NSF per NOIRLab. 

“L’indagine senza precedenti di Rubin sul cielo australe permetterà nuovi test di gravità e farà luce sull’energia oscura.”

The post Energia oscura, nuovi dati producono vincoli sulla storia di espansione dell’Universo appeared first on Cronache di Scienza.