La luce proveniente da galassie lontane rivela importanti informazioni sulla natura dell'universo e consente agli scienziati di sviluppare modelli della storia ad alta precisione, evoluzione e struttura del cosmo.

La gravità associata a enormi sacche di materia oscura che si trovano tra la Terra e queste galassie, però, distrugge quei segnali di luce galattica. La gravità distorce la luce delle galassie - un processo chiamato lente gravitazionale - e allinea anche leggermente le galassie fisicamente, risultando in ulteriori segnali luminosi di lenti gravitazionali che contaminano i dati reali.

In uno studio pubblicato per la prima volta il 5 agosto su The Lettere per riviste astrofisiche , Gli scienziati dell'Università del Texas a Dallas hanno dimostrato il primo utilizzo di un metodo chiamato autocalibrazione per rimuovere la contaminazione dai segnali di lenti gravitazionali. I risultati dovrebbero portare a modelli cosmologici più accurati dell'universo, disse il dottor Mustapha Ishak-Boushaki, professore di fisica nella Scuola di Scienze Naturali e Matematiche e il corrispondente autore dello studio.

"Il metodo di autocalibrazione è qualcosa che altri hanno proposto circa 10 anni fa; molti pensavano che fosse solo un metodo teorico e se ne sono allontanati, Ishak-Boushaki ha detto. "Ma ho sentito intuitivamente la promessa. Dopo otto anni di ricerche persistenti che hanno maturato il metodo stesso, e poi gli ultimi due anni applicandolo ai dati, ha dato frutti con importanti conseguenze per gli studi cosmologici."

Una lente sull'universo

La lente gravitazionale è uno dei metodi più promettenti in cosmologia per fornire informazioni sui parametri che stanno alla base dell'attuale modello dell'universo.

"Può aiutarci a mappare la distribuzione della materia oscura e scoprire informazioni sulla struttura dell'universo. Ma la misurazione di tali parametri cosmologici può essere errata fino al 30% se non estraiamo la contaminazione nel segnale di lente gravitazionale, " disse Ishak Boushaki.

A causa del modo in cui si formano le galassie lontane e dell'ambiente in cui si formano, sono leggermente fisicamente allineati con la materia oscura vicino a loro. Questo allineamento intrinseco genera ulteriori segnali spuri di lensing, o un pregiudizio, che contaminano i dati delle galassie e quindi distorcono la misurazione dei parametri cosmologici chiave, compresi quelli che descrivono la quantità di materia oscura e di energia oscura nell'universo e la velocità con cui le galassie si allontanano l'una dall'altra.

Per complicare ulteriormente le cose, esistono due tipi di allineamento intrinseco che richiedono diversi metodi di mitigazione. Nel loro studio, il team di ricerca ha utilizzato il metodo di autocalibrazione per estrarre i segnali di disturbo da un tipo di allineamento chiamato taglio gravitazionale di forma intrinseca, che è il componente più critico.

"Il nostro lavoro aumenta significativamente le possibilità di successo nel misurare le proprietà dell'energia oscura in modo accurato, che ci permetterà di capire cosa sta causando l'accelerazione cosmica, " Ha detto Ishak-Boushaki. "Un altro impatto sarà quello di determinare con precisione se la teoria della relatività generale di Einstein regge su scale molto grandi nell'universo. Sono domande molto importanti".

Impatto sulla cosmologia

Sono in corso diverse grandi indagini scientifiche volte a comprendere meglio l'universo, e raccoglieranno dati sulla lente gravitazionale. Questi includono il Legacy Survey of Space and Time (LSST) dell'Osservatorio Vera C. Rubin, la missione Euclid dell'Agenzia spaziale europea e il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA.

"Il grande vincitore qui saranno questi prossimi sondaggi sulla lente gravitazionale. Saremo davvero in grado di ottenere il pieno potenziale da loro per comprendere il nostro universo, " disse Ishak-Boushaki, che è un membro e un convocatore della Dark Energy Science Collaboration di LSST.

Il metodo di autocalibrazione per rimuovere i segnali contaminati è stato proposto per la prima volta dal Dr. Pengjie Zhang, un professore di astronomia alla Shanghai Jiao Tong University e coautore dello studio attuale.

Ishak-Boushaki sviluppò ulteriormente il metodo e lo introdusse nel regno delle osservazioni cosmologiche, insieme a uno dei suoi ex studenti, Michael Troxel MS'11, Ph.D.'14, ora assistente professore di fisica alla Duke University. Dal 2012 la ricerca è stata supportata da due sovvenzioni a Ishak-Boushaki della National Science Foundation (NSF).

"Non tutti erano sicuri che l'autocalibrazione avrebbe portato a un risultato così importante. Alcuni colleghi erano incoraggianti, altri scettici, " Ha detto Ishak-Boushaki. "Ho imparato che vale la pena non arrendersi. La mia intuizione era che se fosse stato fatto bene, funzionerebbe, e sono grato alla NSF per aver visto la promessa di questo lavoro".