Uno dei campi profondi della survey Des (cliccare per ingrandire). Crediti: Dark Energy Survey / Doe / Fnal / Decam / Ctio / Noirlab / Nsf / Aura
Oltre quattrocento scienziate e scienziati da sette paesi. Ben 758 notti d’osservazioni al telescopio, distribuite fra il 2013 e il 2019. Centinaia di milioni di oggetti catalogati. Obiettivo: produrre la descrizione più accurata di sempre di sette miliardi di anni di storia dell’universo. Uno sforzo imponente, quello della campagna osservativa Dark Energy Survey (Des), culminato lo scorso 27 maggio nella presentazione di 29 articoli scientifici con i risultati dei primi tre anni d’osservazioni. Risultati che sostanzialmente confermano la validità del modello cosmologico standard (il cosiddetto modello Lambda-Cdm, quello con energia oscura e materia oscura, per intenderci), seppur evidenziando una granulosità (clumpiness, in inglese) lievemente inferiore a quanto previsto, come se l’universo di oggi fosse di qualche punto percentuale più uniforme – dunque con meno “grumi” – di quanto predetto in base alle osservazioni dell’universo primordiale.
Ed è proprio dall’universo primordiale – e in particolare dalla “fotografia” del cosmo a 380mila anni dopo il Big Bang, immortalato con grande precisione nelle mappe del telescopio spaziale Planck – che è partita la survey Des. Se prendiamo l’universo di allora (dunque oltre 13 miliardi di anni fa) come punto di partenza e vi applichiamo il modello cosmologico per prevederne l’evoluzione fino ai giorni nostri, si sono detti gli scienziati di Des, confrontando poi il risultato con le osservazioni della survey saremo in grado di valutare la bontà o meno del modello cosmologico stesso. Osservazioni che sono state condotte con la Dark Energy Camera – una fotocamera digitale da 570 megapixel montata sul Blanco Telescope – con l’obiettivo di produrre le mappe più estese e precise mai ottenute della distribuzione delle galassie nell’universo in epoche relativamente recenti. Parliamo di 226 milioni di galassie osservate in 345 notti, cento milioni delle quali sono state poi usate per l’analisi cosmologica.
Marco Raveri (UPenn) ha guidato l’analisi statistica che confronta i risultati di Des con i risultati di esperimenti concorrenti
«I risultati pubblicati mostrano compatibilità tra le predizioni e le misure di Des. Tuttavia, alcuni elementi dell’analisi di Des e di altri esperimenti concorrenti continuano a suggerire una lieve tensione tra le osservazioni del vicino universo e quelle dell’universo primitivo», spiega riferendosi all’eccesso di uniformità dal quale accennavamo prima Marco Raveri, ricercatore postdoc a UPenn – l’università della Pennsylvania a Philadelphia – che ha guidato l’analisi statistica su questa discrepanza. Una discrepanza, sottolineano gli autori dello studio, non sufficientemente grande da poter escludere che si tratti solo di una fluttuazione statistica: sarà importante l’analisi della restante metà dei dati di Des, prevista per i prossimi anni, per tentare di arrivare a una risposta definitiva.
I metodi impiegati dal team di Des per tracciare la distribuzione della materia oscura e quantificare l’effetto dell’energia oscura si fondano principalmente sull’osservazione di due effetti dovuti all’attrazione gravitazione della materia oscura sulla materia normale e sulla luce. Il primo è la distribuzione su larga scala dei raggruppamenti di galassie – una rete cosmica che ricalca la densità della materia oscura soggiacente. Il secondo è il lensing gravitazionale debole, ovvero la distorsione lieve ma statisticamente significativa della forma degli oggetti sullo sfondo introdotta dalla presenza di grandi masse – principalmente materia oscura – fra essi e noi che li osserviamo.
Marco Gatti (UPenn) ha guidato lo sviluppo delle mappe di distribuzione di materia di Des e la creazione del catalogo di galassie
«Analizzando le sottili distorsioni sui nostri cento milioni di galassie, Des è stato capace di tracciare la distribuzione di materia che le produce», dice a questo proposito Marco Gatti, anch’egli ricercatore postdoc a UPenn, alla guida del gruppo che elabora le mappe della materia. «Queste sono le mappe di materia più grandi mai create: coprono un ottavo del cielo e mostrano, soprattutto, la materia oscura, che non emette luce e non si può rilevare con i metodi tradizionali».
Nel corso della survey la Dark Energy Camera di Des si è più volte soffermata su dieci regioni del cielo selezionate per ottenere altrettanti “campi profondi”, così da poter intravedere anche le galassie più distanti. La misura del redshift – dunque della distanza – di queste remote galassie è poi stata impiegata per calibrare con precisione il resto della survey.
Giulia Giannini (Ifae) ha guidato lo sviluppo di una innovativa tecnica per la stima delle distanze delle galassie usate nell’analisi
«Un punto chiave è stato lo sviluppo di nuove metodologie per misurare il redshift dei cento milioni di galassie, che permette di produrre una mappa 3D dell’universo», osserva una delle responsabili di queste misure, Giulia Giannini, ricercatrice dottoranda all’Ifae, l’Istituto di fisica delle alte energie di Barcellona. «Sono stati combinati vari metodi indipendenti, applicando tecniche statistiche avanzate, più sofisticate e precise di quelle adottate fino a ora, per caratterizzare la relazione tra colore e posizione delle galassie e il loro redshift con la maggior esattezza possibile, cosa fondamentale per evitare di ottenere risultati falsati».
Il passo successivo arriverà con i risultati dell’analisi dei dati dei restanti tre anni di survey, e dovrebbe portare a un quadro ancora più preciso della materia oscura e dell’energia oscura presenti nell’universo.
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