La Kilo-Degree Survey (Kids) ha osservato vaste regioni del cielo australe per otto anni, raccogliendo dati preziosi sulla distribuzione della materia nell’universo. Il 18 marzo 2025, sotto la guida di ricercatori di Bochum, Leiden, Edimburgo, Newcastle e Londra, è stato pubblicato il set di dati finale Kids-Legacy. Le precedenti analisi di Kids avevano messo in dubbio il modello cosmologico standard, suggerendo una distribuzione della materia più uniforme rispetto a quanto previsto dalle misurazioni del satellite Planck. Tuttavia, dopo aver analizzato la serie completa di dati Kids con metodi migliorati e ulteriori dati di calibrazione, i risultati sono effettivamente coerenti con il modello standard.
«Abbiamo prestato molta attenzione all’ottimizzazione di tutte le parti della nostra analisi, un processo che ha richiesto molto tempo», spiega Angus Wright della Ruhr University Bochum, in Germania. «Il fatto che il risultato si discosti così tanto dalle nostre analisi precedenti è stata una sorpresa, ma siamo riusciti a identificare le ragioni di questi cambiamenti». La valutazione finale è descritta in cinque articoli che sono stati pubblicati, o sottomessi per la pubblicazione, sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
La Kilo-Degree Survey ha scattato immagini di 41 milioni di galassie nei suoi otto anni di osservazione. Questa immagine mostra una parte del set di dati. Crediti: Konrad Kuijken e il team Kids
Esistono vari metodi per determinare la densità e la struttura della materia. In questo caso, il team ha utilizzato il fenomeno delle lenti gravitazionali: gli oggetti massicci deviano la luce delle galassie lontane, così che queste appaiono in una forma distorta e in un luogo diverso da quello in cui si trovano effettivamente quando vengono osservate dalla Terra. I cosmologi possono utilizzare queste distorsioni per stimare la massa degli oggetti deflessi e, in ultima analisi, la massa totale dell’universo. «Il vantaggio principale rispetto ad altri metodi è che la lente gravitazionale può essere utilizzata anche per rilevare la materia oscura dominante e renderla, per così dire, visibile», spiega Robert Reischke dell’Università di Bonn.
A tal fine, i ricercatori devono conoscere la distanza tra la sorgente di luce, l’oggetto deflesso e l’osservatore. Per calcolarle, si avvalgono del redshift, che descrive un effetto per cui la luce si sposta verso lunghezze d’onda maggiori quando viaggia da galassie più lontane attraverso l’universo in espansione, prima di raggiungere la Terra.
Nell’analisi sono state considerate le immagini di 41 milioni di galassie riprese con Vst, il Vlt Survey Telescope, un telescopio dell’Inaf installato in Cile. I dati di Kids coprono un’area di 1.347 gradi quadrati, cioè quasi il dieci per cento del cielo. Per determinare il redshift di un numero così elevato di galassie, il team ha utilizzato il metodo fotometrico: sono state scattate nove immagini di ogni galassia a diverse lunghezze d’onda e si è determinata la luminosità delle galassie in ogni immagine; da questa i ricercatori hanno potuto dedurre il redshift.
Il redshift potrebbe essere misurato in modo più preciso con la spettroscopia, ma sarebbe troppo lungo applicare questo metodo a milioni di galassie deboli. Tuttavia, per alcune galassie sono disponibili sia dati spettroscopici che fotometrici, per cui il team di Kids può calibrare le misure fotometriche dei redshift con questi dati spettroscopici precisi. Mentre la precedente analisi Kids-1000 utilizzava per la calibrazione i dati spettroscopici di circa 25mila galassie, per Kids-Legacy erano disponibili i dati di ben 126mila galassie. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato metodi ottimizzati e nuove simulazioni al computer per ridurre le incertezze sistematiche nel set di dati finale.
In seguito alla valutazione ottimizzata, il team è stato in grado di includere nell’analisi finale galassie più distanti rispetto alla precedente. Mentre Kids-1000 era limitato a galassie con una distanza massima di 8,5 miliardi di anni luce, Kids-Legacy può ora osservare galassie distanti 10,4 miliardi di anni luce.
La Kilo-Degree Survey ha osservato tre aree del cielo meridionale per otto anni. I ricercatori hanno utilizzato i dati per determinare la distribuzione della materia. Le aree con una densità di materia particolarmente elevata sono mostrate in rosso, quelle con una densità particolarmente bassa in blu. Al centro, una sezione della mappa può essere vista rapportata, in termini di dimensioni, alla Luna piena. Crediti: R. Reischke, K.Kuijken, B.Giblin e il team Kids
Nel campo della cosmologia, è prassi comune valutare gli insiemi di dati “in cieco” per evitare qualsiasi pregiudizio dovuto ad analisi precedenti o a ipotesi personali. Prima di iniziare l’analisi, i ricercatori inviano il catalogo di tutte le galassie a una terza parte, che modifica un determinato parametro per ogni galassia, ottenendo tre varianti dell’insieme di dati: una con i valori reali misurati e due con valori leggermente diversi. I ricercatori che analizzano il set di dati non sanno quali siano i dati reali. Eseguono l’analisi con tutti i set di dati e solo allora apprendono quale sia il risultato corretto. Una volta completata questa fase, il metodo di analisi non viene più modificato.
Secondo i dati di Kids-Legacy, la materia nello spazio è distribuita in modo un po’ più disomogeneo rispetto a quanto rivelato da Kids-1000. «Molti test di coerenza interna dei dati mostrano che questa analisi finale è significativamente più robusta rispetto agli studi precedenti», sottolinea Benjamin Stölzner della Ruhr University Bochum. Il team ha anche confrontato i nuovi risultati con quelli di altre indagini. Le precedenti analisi avevano indicato una discrepanza rispetto ai risultati ottenuti con Planck, che ha stimato la densità di materia sulla base del fondo cosmico a microonde. «Le discrepanze nel nostro set di dati Kids hanno suscitato un certo scalpore nella comunità dei ricercatori negli ultimi anni», conclude Hendrik Hildebrandt dell’Università Ruhr di Bochum e coordinatore del team Kids. «Ironia della sorte, ora stiamo risolvendo noi stessi questa discrepanza. Con nostra sorpresa, i dati di Kids-Legacy non contengono alcuna prova che suggerisca errori nel modello standard della cosmologia».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The Fifth Data Release of the Kilo Degree Survey: Multi-Epoch Optical/NIR Imaging Covering Wide and Legacy-Calibration Fields” di Angus Wright et al.
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “KiDS-Legacy: Covariance Validation and the Unified OneCovariance Framework for Projected Large-Scale Structure Observables” di Robert Reischke et al
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “KiDS-Legacy: Consistency of Cosmic Shear Measurements and Joint Cosmological Constraints with External Probes” di Benjamin Stölzner et al.
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “KiDS-Legacy: Redshift Distributions and Their Calibration” di Angus Wright et al.
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “KiDS-Legacy: Cosmological Constraints from Cosmic Shear with the Complete Kilo-Degree Survey” di Angus Wright et al.