I sondaggi con lenti deboli come HSC preferiscono un Universo leggermente meno grumoso (a sinistra) di quello previsto da Planck (a destra). Le immagini mostrano la leggera ma evidente differenza come previsto dalle grandi simulazioni al computer. Credito:Hyper Suprime-Cam Survey
Oggi, un gruppo internazionale di ricercatori, tra cui Rachel Mandelbaum della Carnegie Mellon University, ha rilasciato la mappa di campo più ampia della distribuzione tridimensionale della materia nell'universo mai realizzata e ha aumentato la precisione dei vincoli per l'energia oscura con l'indagine Hyper Suprime-Cam (HSC).
L'universo odierno è un posto piuttosto bitorzoluto. Poiché l'universo si è espanso negli ultimi 14 miliardi di anni circa, le galassie e la materia oscura sono state sempre più avvicinate dalla gravità, creando un paesaggio grumoso con grandi aggregati di materia separati da vuoti dove c'è poca o nessuna materia.
La gravità che unisce la materia influisce anche sul modo in cui osserviamo gli oggetti astronomici. Mentre la luce viaggia da lontane galassie verso la Terra, l'attrazione gravitazionale dell'altra materia nel suo percorso, compresa la materia oscura, piega la luce. Di conseguenza, le immagini delle galassie che vedono i telescopi sono leggermente distorte, un fenomeno chiamato lente gravitazionale debole. All'interno di queste distorsioni c'è una grande quantità di informazioni che i ricercatori possono estrarre per comprendere meglio la distribuzione della materia nell'universo, e fornisce indizi sulla natura dell'energia oscura.
La mappa HSC, creato dai dati raccolti dal telescopio giapponese Subaru situato alle Hawaii, ha permesso ai ricercatori di misurare la distorsione gravitazionale nelle immagini di circa 10 milioni di galassie.
Pannello di sinistra:la mappa tridimensionale della materia oscura dell'universo dedotta da una delle sei aree di osservazione dell'HSC è mostrata sullo sfondo con varie sfumature di blu (le aree più luminose hanno più materia oscura). La mappa è stata dedotta dalle distorsioni delle forme delle galassie nei dati HSC che sono indicate da bastoncini bianchi. Le lunghezze degli stick rappresentano la quantità di distorsione e l'angolo dello stick corrisponde alla direzione della distorsione. Pannello di destra:le misurazioni sono abilitate dalla luce di galassie lontane che viaggia attraverso l'universo e viene deviata dalla materia in diverse epoche dell'universo, prima di raggiungere il telescopio Subaru. Credito:progetto HSC/UTokyo
Il telescopio Subaru ha permesso loro di vedere le galassie più indietro nel tempo rispetto ad altri rilievi simili. Per esempio, il Dark Energy Survey analizza un'area del cielo molto più ampia con un livello di precisione simile a quello dell'HSC, ma sorveglia solo l'universo vicino. HSC prende uno stretto, ma vista più profonda, che ha permesso ai ricercatori di vedere galassie più deboli e creare una mappa più nitida della distribuzione della materia oscura.
Il team di ricerca ha confrontato la loro mappa con le fluttuazioni previste dalle osservazioni del satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea della radiazione cosmica di fondo a microonde, la radiazione dei primi giorni dell'universo. Le misurazioni HSC erano leggermente inferiori a, ma ancora statisticamente coerente con quello di Planck. Il fatto che HSC e altri sondaggi su lenti deboli trovino tutti risultati leggermente inferiori a quelli di Planck solleva la domanda allettante se l'energia oscura si comporti veramente come la costante cosmologica di Einstein.
I vincoli cosmologici sulla rugosità dell'Universo oggi (S8) previsti utilizzando osservazioni in tempi diversi nell'Universo. La misurazione HSC della granulosità dell'Universo è mostrata con il simbolo rosso e sono tra le misurazioni più lontane che utilizzano lenti gravitazionali deboli. Questi dovrebbero essere confrontati con i risultati di Planck ottenuti dalle osservazioni del fondo cosmico a microonde nell'Universo primordiale e da altri esperimenti contemporanei di lente debole KiDS e DES. Credito:progetto HSC/UTokyo
"La nostra mappa ci dà un quadro migliore di quanta energia oscura ci sia e ci dice qualcosa in più sulle sue proprietà e su come sta accelerando l'espansione dell'universo, " Mandelbaum ha detto. "L'HSC è un ottimo complemento ad altri sondaggi. La combinazione di dati tra progetti sarà uno strumento potente mentre cerchiamo di scoprire sempre di più sulla natura della materia oscura e dell'energia oscura".
Misurare le distorsioni causate da lenti gravitazionali deboli non è facile. L'effetto è piuttosto piccolo e le distorsioni nelle forme delle galassie possono anche essere causate dall'atmosfera, il telescopio e il rivelatore. Per essere precisi, risultati accurati, i ricercatori devono sapere che stanno misurando solo gli effetti di lenti deboli.
Mandelbaum, professore associato di fisica e membro del McWilliams Center for Cosmology al Carnegie Mellon, è un esperto nel controllo di queste distorsioni esterne. Lei e il suo team hanno creato una simulazione dettagliata dell'immagine dei dati del sondaggio HSC basata sulle immagini del telescopio spaziale Hubble. Da queste simulazioni, sono stati in grado di applicare correzioni alle forme della galassia per rimuovere le distorsioni di forma causate da effetti diversi dall'obiettivo.
I sondaggi con lenti deboli come HSC preferiscono un Universo leggermente meno grumoso di quello previsto da Planck. Le immagini mostrano la leggera ma evidente differenza come previsto dalle grandi simulazioni al computer. Questa differenza è una fluttuazione statistica? Gli astronomi di tutto il mondo continuano a raccogliere sempre più dati per rispondere a questa domanda. Attestazione:UTkyo
Questi risultati provengono dal primo anno di dati dell'indagine HSC. In tutto, l'indagine HSC raccoglierà cinque anni di dati che forniranno ancora più informazioni sul comportamento dell'energia oscura e lavoreranno verso altri obiettivi come lo studio dell'evoluzione delle galassie e dei massicci ammassi di galassie nel tempo cosmico, misurare oggetti variabili nel tempo come le supernovae, e persino studiando la nostra galassia della Via Lattea.
La ricerca sarà caricata sul server di prestampa arxiv.org e sarà inviata alla Pubblicazione della Astronomical Society of Japan.
