Mappa della materia oscura ottenuta dalle misurazioni della lente gravitazionale di 26 milioni di galassie nel Dark Energy Survey. La mappa copre circa 1/30 dell'intero cielo e si estende per diversi miliardi di anni luce. Le regioni rosse hanno più materia oscura della media, regioni blu meno materia oscura. Credito:Chihway Chang del Kavli Institute for Cosmological Physics presso l'Università di Chicago e la collaborazione DES.
Immagina di piantare un singolo seme e, con grande precisione, essere in grado di prevedere l'altezza esatta dell'albero che cresce da esso. Ora immagina di viaggiare nel futuro e di scattare una prova fotografica che avevi ragione.
Se pensi al seme come all'universo primordiale, e l'albero come l'universo come appare ora, hai un'idea di ciò che la collaborazione Dark Energy Survey (DES) ha appena fatto. In una presentazione oggi alla riunione della Divisione di particelle e campi dell'American Physical Society presso il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), Gli scienziati del DES sveleranno la misurazione più accurata mai effettuata dell'attuale struttura su larga scala dell'universo.
Queste misurazioni della quantità e della "complessità" (o distribuzione) della materia oscura nel cosmo odierno sono state effettuate con una precisione che, per la prima volta, rivaleggia con quello delle inferenze dall'universo primordiale dell'osservatorio orbitante di Planck dell'Agenzia spaziale europea. Il nuovo risultato DES (l'albero, nella metafora sopra) è vicino alle "previsioni" fatte dalle misurazioni di Planck del lontano passato (il seme), consentendo agli scienziati di comprendere meglio i modi in cui l'universo si è evoluto in 14 miliardi di anni.
"Questo risultato è più che entusiasmante, " ha detto Scott Dodelson di Fermilab, uno dei principali scienziati su questo risultato. "Per la prima volta, siamo in grado di vedere l'attuale struttura dell'universo con la stessa chiarezza con cui possiamo vedere la sua infanzia, e possiamo seguire i fili dall'uno all'altro, confermando molte previsioni lungo la strada".
Soprattutto, questo risultato supporta la teoria che il 26% dell'universo è sotto forma di misteriosa materia oscura e che lo spazio è pieno di un'energia oscura anch'essa invisibile, che sta causando l'accelerazione dell'espansione dell'universo e costituisce il 70 percento.
Immagine composita di stelle sopra l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile. Credito:Reidar Hahn/Fermilab
Paradossalmente, è più facile misurare l'aggregazione su larga scala dell'universo nel lontano passato che misurarla oggi. Nei primi 400, 000 anni dopo il Big Bang, l'universo era pieno di un gas incandescente, la luce da cui sopravvive fino ad oggi. La mappa di Planck di questa radiazione cosmica di fondo a microonde ci fornisce un'istantanea dell'universo in quel momento molto antico. Da allora, la gravità della materia oscura ha unito la massa e ha reso l'universo più ingombrante nel tempo. Ma l'energia oscura ha reagito, allontanare la materia. Usando la mappa di Planck come punto di partenza, i cosmologi possono calcolare con precisione come si svolge questa battaglia nell'arco di 14 miliardi di anni.
"Le misurazioni DES, se confrontato con la mappa di Planck, supportare la versione più semplice della teoria della materia oscura/energia oscura, " ha detto Joe Zuntz, dell'Università di Edimburgo, che ha lavorato all'analisi. "Il momento in cui ci siamo resi conto che la nostra misurazione corrispondeva al risultato di Planck entro il 7% è stato entusiasmante per l'intera collaborazione".
Lo strumento principale per DES è la Dark Energy Camera da 570 megapixel, uno dei più potenti esistenti, in grado di catturare immagini digitali di luce da galassie a otto miliardi di anni luce dalla Terra. La fotocamera è stata costruita e testata al Fermilab, il laboratorio principale della Dark Energy Survey, ed è montato sul telescopio Blanco di 4 metri della National Science Foundation, parte dell'Osservatorio Interamericano Cerro Tololo in Cile, una divisione dell'Osservatorio Nazionale di Astronomia Ottica. I dati DES vengono elaborati presso il National Center for Supercomputing Applications presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.
Gli scienziati di DES stanno usando la fotocamera per mappare un ottavo del cielo con dettagli senza precedenti in cinque anni. Il quinto anno di osservazione inizierà ad agosto. I nuovi risultati diffusi oggi attingono ai dati raccolti solo durante il primo anno di indagine, che copre 1/30 del cielo.
"È incredibile che il team sia riuscito a raggiungere una tale precisione solo dal primo anno del sondaggio, " ha affermato il direttore del programma della National Science Foundation Nigel Sharp. "Ora che le loro tecniche di analisi sono state sviluppate e testate, attendiamo con impazienza impaziente risultati rivoluzionari man mano che il sondaggio continua".
Questa immagine della galassia NGC 1398 è stata scattata con la Dark Energy Camera. Questa galassia vive nell'ammasso Fornax, a circa 65 milioni di anni luce dalla Terra. Sono 135, 000 anni luce di diametro, appena leggermente più grande della nostra galassia della Via Lattea, e contiene più di un miliardo di stelle. Credito:Sondaggio sull'energia oscura
Gli scienziati del DES hanno utilizzato due metodi per misurare la materia oscura. Primo, hanno creato mappe delle posizioni delle galassie come traccianti, e secondo, hanno misurato con precisione le forme di 26 milioni di galassie per mappare direttamente i modelli della materia oscura su miliardi di anni luce, utilizzando una tecnica chiamata lente gravitazionale.
Per effettuare queste misurazioni ultraprecise, il team DES ha sviluppato nuovi modi per rilevare le minuscole distorsioni delle lenti delle immagini della galassia, un effetto nemmeno visibile ad occhio nudo, consentendo progressi rivoluzionari nella comprensione di questi segnali cosmici. Nel processo, hanno creato la più grande guida per individuare la materia oscura nel cosmo mai disegnata (vedi immagine). La nuova mappa della materia oscura è 10 volte più grande di quella rilasciata da DES nel 2015 e alla fine sarà tre volte più grande di adesso.
"È un enorme sforzo di squadra e il culmine di anni di lavoro mirato, " ha detto Erin Sheldon, un fisico presso il Brookhaven National Laboratory del DOE, che ha co-sviluppato il nuovo metodo per rilevare le distorsioni della lente.
Questi risultati e altri del primo anno del Dark Energy Survey saranno pubblicati oggi online e annunciati durante una conferenza di Daniel Gruen, Ricercatore Einstein della NASA presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso il DOE's SLAC National Accelerator Laboratory, alle 17:00 Ora centrale. Il discorso fa parte dell'incontro APS Division of Particles and Fields al Fermilab e sarà trasmesso in diretta.
I risultati saranno presentati anche dalla collega Kavli Elisabeth Krause del Kavli Insitute for Particle Astrophysics and Cosmology allo SLAC alla TeV Particle Astrophysics Conference a Columbus, Ohio, il 9 agosto; e da Michael Troxel, borsista post-dottorato presso il Center for Cosmology and AstroParticle Physics presso l'Ohio State University, al Simposio internazionale sulle interazioni tra leptoni fotoni ad alte energie a Guanzhou, Cina, il 10 agosto. Tutti e tre questi relatori sono coordinatori dei gruppi di lavoro scientifici del DES e hanno apportato contributi chiave all'analisi.
"Il Dark Energy Survey ha già fornito alcune scoperte e misurazioni notevoli, e hanno appena scalfito la superficie dei loro dati, " ha affermato il direttore del Fermilab Nigel Lockyer. "I risultati leader mondiali di oggi indicano i grandi passi avanti che DES farà verso la comprensione dell'energia oscura nei prossimi anni".
