Il telescopio Roman osserverà migliaia di nuovi vuoti cosmici

Il nostro universo è pieno di galassie, in tutte le direzioni a perdita d’occhio dei nostri strumenti.

Alcuni ricercatori stimano che ce ne siano tanti quanto due trilioni di galassie nell’universo osservabile.

A prima vista, queste galassie potrebbero sembrare disperse casualmente nello spazio, ma non lo sono.

Una mappatura attenta ha mostrato che sono distribuiti sulle superfici di gigantesche “bolle” cosmiche fino a diverse centinaia di milioni di anni luce di diametro.

All’interno di queste bolle si trovano poche galassie, quindi queste regioni sono chiamate vuoti cosmici.

Il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA ci permetterà di misurare questi vuoti con nuova precisione, il che potrà raccontarci la storia dell’espansione dell’universo.

“La capacità di Roman di osservare vaste aree del cielo fino a grandi profondità, individuando un’abbondanza di galassie deboli e lontane, rivoluzionerà lo studio dei vuoti cosmici”, ha detto Giovanni Verza del Flatiron Institute e della New York University, autore principale di un articolo pubblicato su in The Astrophysical Journal

Il cosmo è composto da tre componenti chiave: materia normale, materia oscura ed energia oscura.

La gravità della materia normale e oscura cerca di rallentare l’espansione dell’universo, mentre l’energia oscura si oppone alla gravità per accelerare l’espansione dell’universo.

La natura sia della materia oscura che dell’energia oscura è attualmente sconosciuta.

Gli scienziati cercano di comprenderli studiando i loro effetti su ciò che possiamo osservare, come la distribuzione delle galassie nello spazio.

“Poiché sono relativamente vuoti di materia, i vuoti sono regioni dello spazio dominate da energia oscura.

Studiando i vuoti, dovremmo essere in grado di imporre forti vincoli alla natura dell’energia oscura”, ha detto la coautrice Alice Pisani del CNRS (Centro Nazionale Francese per la Ricerca Scientifica) in Francia e della Princeton University nel New Jersey.

Per determinare come Roman potesse studiare i vuoti, i ricercatori considerarono un possibile progetto del Roman High-Latitude Wide-Area Survey, uno dei tre survey principali che Roman condurrà.

La Indagine ad Ampia Area ad Alta Latitudine guarderà lontano dal piano della nostra galassia (da qui il termine alta latitudine nelle coordinate galattiche).

Il team ha scoperto che questa indagine dovrebbe essere in grado di rilevare e misurare decine di migliaia di vuoti cosmici, alcuni di appena 20 milioni di anni luce di diametro.

Un numero così elevato di vuoti permetterà agli scienziati di utilizzare metodi statistici per determinare come le loro forme osservate siano influenzate dai componenti chiave dell’universo.

Per determinare le forme reali e 3D dei vuoti, gli astronomi utilizzeranno due tipi di dati da Roman — le posizioni delle galassie nel cielo e il loro Redshift cosmologico, quest’ultimo dei quali è determinato usando Dati spettroscopici.

Per convertire lo spostamento verso il rosso in una distanza fisica, gli astronomi fanno supposizioni sui componenti dell’universo, inclusa la forza dell’energia oscura e come potrebbe essersi evoluta nel tempo.

Pisani lo paragonava a cercare di dedurre una ricetta di torta (cioè la composizione dell’universo) dal dolce finale che ti è stato servito.

“Cerchi di mettere gli ingredienti giusti — la giusta quantità di materia, la giusta quantità di energia oscura — e poi controlli se la tua torta appare come dovrebbe. Se non lo fa, significa che hai inserito gli ingredienti sbagliati.”

In questo caso, l’aspetto della “torta” è la forma ottenuta impilando statisticamente tutti i vuoti rilevati da Roman uno sopra l’altro.

In media, ci si aspetta che i vuoti abbiano una forma sferica perché non esiste una posizione o una direzione “preferita” nell’universo (cioè, l’universo è sia omogeneo che isotropo su larga scala).

Ciò significa che, se lo impilamento viene fatto correttamente, la forma risultante sarà perfettamente rotonda (o sfericamente simmetrica). Se no, allora devi modificare la tua ricetta cosmica.

I ricercatori hanno sottolineato che per studiare i vuoti cosmici in gran numero, un osservatorio deve essere in grado di sondare un grande volume dell’universo, poiché i vuoti stessi possono essere larghi decine o centinaia di milioni di anni luce.

I dati spettroscopici necessari per studiare i vuoti proveniranno da una parte del Roman High-Latitude Wide-Area Survey che coprirà circa 2.400 gradi quadrati del cielo, ovvero 12.000 lune piene.

Sarà anche in grado di vedere oggetti più deboli e più lontani, generando una maggiore densità di galassie rispetto a missioni complementari come quella dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea) Euclide

“I vuoti sono definiti dal fatto che contengono così poche galassie. Quindi, per rilevare i vuoti, devi essere in grado di osservare galassie piuttosto rade e deboli. Con Roman, possiamo osservare meglio le galassie che popolano i vuoti, il che alla fine ci darà una maggiore comprensione dei parametri cosmologici come l’energia oscura che scolpiscono i vuoti”, ha detto la coautrice Giulia Degni dell’Università Roma Tre e dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Roma.