Utilizzando i dati del primo anno della Dark Energy Spectroscopic Instrument Survey, gli astronomi hanno riportato misurazioni senza precedenti dell’energia oscura e del suo effetto sull’Universo in espansione guardando a 11 miliardi di anni nel passato.
Il Dark Energy Spectroscopic Instrument sta conducendo un’indagine quinquennale per creare la più grande mappa 3D dell’Universo di sempre.
Gli astronomi stanno ora eseguendo l’analisi iniziale dei dati del primo anno della survey.
Utilizzando spettri di galassie vicine e quasar distanti, gli astronomi riferiscono di aver misurato la storia dell’espansione dell’Universo con la massima precisione di sempre, fornendo uno sguardo senza precedenti sulla natura dell’energia oscura e sul suo effetto sulla struttura su larga scala dell’Universo.
Dall’inizio della sua indagine del cielo nel 2021, il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ha osservato un nuovo insieme di 5000 galassie ogni 20 minuti, per un totale di oltre 100.000 galassie per notte, nel suo tentativo di creare la più grande mappa 3D dell’Universo di sempre.
Utilizzando i dati del primo anno della survey, che contiene il più grande campione spettroscopico extragalattico mai raccolto, gli astronomi riferiscono di aver misurato la storia dell’espansione dell’Universo negli ultimi 11 miliardi di anni con una precisione migliore dell’1%.
Queste misurazioni confermano le basi del nostro miglior modello dell’Universo, scoprendo anche alcune aree allettanti da esplorare con più dati.
DESI è una collaborazione scientifica internazionale di oltre 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni in tutto il mondo. Il DESI è gestito dal Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti con finanziamenti primari dell’Ufficio Scientifico del Dipartimento.
Lo strumento è montato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall della U.S. National Science Foundation presso il Kitt Peak National Observatory, un programma della NSF NOIRLab.
Per mappare il cosmo, DESI raccoglie la luce da milioni di galassie in più di un terzo dell’intero cielo.
Scomponendo la luce di ogni galassia nel suo spettro di colori, DESI può determinare quanto la luce è stata spostata verso il rosso, o allungata a una lunghezza d’onda maggiore, dall’espansione dell’Universo durante i miliardi di anni che ha viaggiato prima di raggiungere la Terra. In generale, più alto è il redshift, 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 il DESI ha superato tutte le precedenti indagini di questo tipo in termini di quantità e qualità. Con incredibile profondità e precisione, DESI ha portato nuove informazioni su uno dei più grandi misteri della fisica: l’energia oscura – l’ingrediente sconosciuto che causa l’accelerazione dell’espansione del nostro Universo
“Lo strumento DESI ha trasformato il telescopio Mayall nella prima macchina per la cartografia cosmica al mondo”, afferma Pat McCarthy, direttore del NOIRLab.
“Il team DESI ha stabilito un nuovo standard per gli studi sulla struttura su larga scala dell’Universo. Questi dati del primo anno sono solo l’inizio della ricerca di DESI per svelare la storia dell’espansione dell’Universo e suggeriscono la straordinaria scienza che verrà”.
I dati del primo anno di DESI hanno permesso agli astronomi di misurare il tasso di espansione dell’Universo fino a 11 miliardi di anni fa, quando l’Universo aveva solo un quarto della sua età attuale, utilizzando una caratteristica della struttura su larga scala dell’Universo chiamata Oscillazioni Acustiche Barioniche (BAO).
I 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 sul posto e seminando le galassie future nelle aree dense.
Questo modello, simile alla superficie increspata di uno stagno dopo che una manciata di ciottoli è stata gettata, può essere visto nella mappa dettagliata di DESI, che mostra filamenti di galassie raggruppati insieme, separati da vuoti dove ci sono meno oggetti.
A una certa distanza, il modello BAO diventa troppo debole per essere rilevato utilizzando le galassie tipiche.
Così, invece, gli astronomi osservano l'”ombra” del modello mentre è retroilluminata da nuclei galattici estremamente distanti e luminosi noti come quasar.
Mentre la luce dei quasar viaggia attraverso il cosmo, 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 450.000 quasar, il più grande set mai raccolto per questo tipo di studio.
Con la capacità unica di DESI di mappare milioni di oggetti sia vicini che lontani, il modello BAO può essere utilizzato come un sovrano cosmico.
Mappando le galassie vicine e i quasar distanti, gli astronomi possono misurare la diffusione delle increspature in diversi periodi della storia cosmica per vedere come l’energia oscura ha allungato la scala nel tempo.
“Siamo incredibilmente orgogliosi dei dati, che hanno prodotto risultati cosmologici leader a livello mondiale”, ha detto Michael Levi, direttore del DESI e scienziato LBNL.
“Finora stiamo vedendo un accordo di base con il nostro miglior modello dell’Universo, ma stiamo anche vedendo alcune differenze potenzialmente interessanti che potrebbero indicare che l’energia oscura si sta evolvendo nel tempo”.
Mentre la storia dell’espansione dell’Universo potrebbe essere più complessa di quanto immaginato in precedenza, la conferma di ciò deve 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”, afferma Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab. “I risultati eccezionali e continui prodotti dal telescopio NSF Mayall con DOE DESI guideranno senza dubbio la ricerca cosmologica per molti anni a venire”.
“Siamo lieti di vedere i risultati cosmologici del primo anno di attività di DESI”, ha detto Gina Rameika, direttore associato per la fisica delle alte energie presso il Dipartimento di Energia. “DESI continua a stupirci con le sue prestazioni stellari e il modo in cui sta plasmando la nostra comprensione dell’energia oscura nell’Universo”.
I dati della survey di DESI lavoreranno armoniosamente con le future survey del cielo condotte dall’Osservatorio Vera C. Rubin e dal Nancy Grace Roman Space Telescope, con la forza di ogni strumento complementare agli altri.
La collaborazione DESI sta attualmente studiando potenziali aggiornamenti allo strumento e sta pianificando di espandere la loro esplorazione cosmologica in una seconda fase, DESI-II, come raccomandato in un recente rapporto del Particle Physics Project Prioritization Panel degli Stati Uniti.
Mentre i dati del primo anno del DESI non sono ancora disponibili pubblicamente, i ricercatori possono accedere al rilascio anticipato dei dati come database ricercabili di cataloghi e spettri tramite l’Astro Data Lab e SPARCL presso il Community Science and Data Center, un programma di NSF NOIRLab.
Immagine: DESI Collaboration/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
