Il 1 luglio 2023 Euclid, un telescopio spaziale europeo unico, è stato lanciato da Cape Canaveral. Il lancio è stato senza dubbio il momento clou della mia carriera di astronomo, ma assistere al risultato di anni di lavoro messo su un razzo non è per i deboli di cuore. Dopo un lancio perfetto, Euclid raggiunse rapidamente l'orbita prevista, a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. Da questo lontano punto di osservazione ha iniziato a inviare immagini nitide che copriranno quasi un terzo del cielo entro la fine di questo decennio.
Euclide rappresenta il prossimo grande passo avanti nella nostra ricerca per cercare di comprendere l'universo. Nell’ultimo secolo abbiamo fatto enormi progressi. Abbiamo appreso che la fusione dell’idrogeno in elio alimenta stelle come il nostro Sole, mentre la maggior parte degli atomi nei nostri corpi sono stati forgiati nei nuclei di stelle che da allora sono esplose. Abbiamo scoperto che la galassia è una delle tante galassie che tracciano enormi strutture simili a schiuma che permeano il cosmo. Ora sappiamo che l'universo ebbe inizio circa 13,6 miliardi di anni fa con un "Big Bang" e da allora non ha smesso di espandersi.
Si tratta di risultati importanti, ma man mano che abbiamo imparato di più, è diventato anche chiaro che c’è molto che non capiamo. Ad esempio, si ritiene che la maggior parte della massa sia “materia oscura”, una nuova forma di materia che non è spiegata dal modello standard della fisica delle particelle, altrimenti di grande successo. L'attrazione gravitazionale di tutta questa materia dovrebbe rallentare l'espansione dell'universo, ma circa 25 anni fa abbiamo scoperto che in realtà sta accelerando. Ciò richiede una componente ancora più misteriosa. Per riflettere la nostra ignoranza (ad oggi non esiste una buona spiegazione fisica) la chiamiamo "energia oscura". Insieme, la materia oscura e l'energia oscura costituiscono il 95% dell'universo, ma non ne comprendiamo la natura.
Quello che sappiamo è che entrambe le componenti oscure influenzano il modo in cui possono formarsi strutture di grandi dimensioni. La gravità della materia oscura aiuta a riunire la materia nelle galassie o anche in oggetti più grandi. Al contrario, l’energia oscura allontana le cose, contrastando così efficacemente l’attrazione gravitazionale. L’equilibrio tra i due si evolve man mano che l’universo si espande, con l’energia oscura che diventa sempre più dominante. I dettagli dipendono dalla natura delle componenti oscure e il confronto con le osservazioni permette di distinguere tra diverse teorie. Questo è il motivo principale per cui è stato lanciato Euclid. Mapperà come è distribuita la materia e come questa si è evoluta nel tempo. Queste misurazioni possono fornire la guida tanto necessaria che porterà a una migliore comprensione del lato oscuro dell'universo.
Ma come possiamo studiare la distribuzione della materia, se la maggior parte di essa è materia oscura invisibile? Fortunatamente, la natura ha fornito una soluzione conveniente:la teoria della relatività generale di Einstein ci dice che la materia curva lo spazio attorno a sé. Grumi di materia oscura rivelano la loro presenza distorcendo le forme delle galassie più distanti, proprio come le onde sulla superficie di una piscina distorcono il disegno delle piastrelle sul fondo.
Data la somiglianza con le normali lenti ottiche (la fisica è diversa, ma i calcoli sono gli stessi) la deflessione dei raggi luminosi da parte della materia viene definita lente gravitazionale. In rari casi la flessione è così forte che si possono osservare più immagini della stessa galassia. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, l’effetto è più sottile, modificando leggermente la forma delle galassie distanti. Tuttavia, se calcoliamo la media delle misurazioni di un gran numero di galassie, possiamo scoprire modelli nei loro orientamenti che sono stati impressi dalla distribuzione intermedia della materia, sia regolare che oscura.
Questo segnale di “lente debole” potrebbe non essere così spettacolare, ma ci fornisce un modo diretto per mappare la distribuzione della materia nell’universo, specialmente se combinato con le distanze delle galassie per le quali sono state misurate le forme. Il potenziale di questa tecnica fu riconosciuto all’inizio degli anni Novanta, ma era anche chiaro che le misurazioni sarebbero state impegnative. La turbolenza nell'atmosfera offusca la nostra visione delle galassie deboli, piccole e distanti che vogliamo utilizzare, mentre le imperfezioni nell'ottica del telescopio cambiano inevitabilmente le forme osservate delle galassie. Pertanto, la comunità astronomica era scettica riguardo alla fattibilità tecnica. Questa era la situazione quando ho iniziato il mio dottorato di ricerca. nel 1995, quando ho intrapreso un viaggio per dimostrare che si sbagliavano.
Nel corso degli anni, utilizzando set di dati sempre più grandi raccolti con telescopi terrestri, abbiamo scoperto e risolto nuovi problemi. Basandomi sulle osservazioni del telescopio spaziale Hubble lanciato nel 1990, il mio lavoro di tesi aveva già dimostrato che misurare parzialmente le forme è molto più semplice dallo spazio. Tuttavia, fino all’arrivo di Euclide, i telescopi spaziali potevano osservare solo minuscoli frammenti di cielo:il James Webb Space Telescope (JWST), lanciato nel 2021, vede l’equivalente di un granello di sabbia a distanza di un braccio. Tuttavia, per testare davvero la natura dell’energia oscura dobbiamo coprire un’area 6 milioni di volte maggiore. Questo è ciò che ha portato alla nascita di Euclid, un telescopio unico, progettato per fornire immagini nitide di 1,5 miliardi di galassie, nonché informazioni sulla loro distanza. Come mostra la figura 2, in un singolo scatto osserviamo un'area più grande della luna piena.
Questi dati sono completati dalle distanze precise di circa 25 milioni di galassie per mappare in grande dettaglio la distribuzione delle galassie distanti.
Quando ho iniziato il mio viaggio in questo campo di ricerca, l’energia oscura non era stata ancora scoperta, mentre pochi credevano che la lente debole sarebbe stata uno strumento importante per studiare la distribuzione della materia. Come sono cambiate le cose. Il lancio di Euclid ne è probabilmente la dimostrazione più spettacolare. Dal 2011, quando il progetto era ancora preso in considerazione dall'Agenzia spaziale europea (ESA) come parte del suo programma Cosmic Vision, sono uno dei coordinatori cosmologici di Euclid. Ciò significa che ero responsabile della definizione delle principali caratteristiche della missione, in particolare quelle relative alla lente gravitazionale debole. Ciò includeva la specificazione della nitidezza delle immagini e della precisione con cui dobbiamo misurare la forma delle galassie. Il lavoro ha comportato anche frequenti interazioni con l'Agenzia spaziale europea (ESA) per chiarire gli obiettivi scientifici e capire come affrontare le nuove conoscenze.
Grazie al duro lavoro di un ampio team di ingegneri e scienziati, siamo riusciti a superare i numerosi ostacoli tecnici. Abbiamo continuato la nostra collaborazione durante una pandemia, solo per perdere il razzo previsto a causa dell’invasione russa dell’Ucraina:il lancio di Euclid era previsto su un razzo Soyuz. Sorprendentemente, l’ESA ha trovato rapidamente una soluzione:un lancio su un Falcon 9 di SpaceX. Di conseguenza, mi sono ritrovato in Florida per assistere a quello che è stato senza dubbio il culmine di tutte le mie ricerche finora.
Da allora è stato un giro sulle montagne russe. Le prime immagini scattate a luglio erano più rumorose del previsto, a causa della luce del sole che filtrava nella fotocamera. Sarebbe stato un problema serio, ma il colpevole più probabile – un propulsore sporgente che rifletteva la luce solare sul retro del parasole – è stato rapidamente identificato, così come la soluzione. Ruotando leggermente la navicella spaziale, il propulsore potrebbe essere posizionato all'ombra del satellite. Ciò, tuttavia, ha comportato una revisione completa della pianificazione dell'indagine.
I problemi non si fermarono qui. La radiazione solare spinge continuamente Euclid un po' in giro, il che viene compensato mediante propulsori che mantengono il telescopio completamente stabile. Solo allora potremo scattare le foto nitide di cui abbiamo bisogno. Tuttavia, le particelle energetiche provenienti dal sole hanno interferito con il sistema di stabilizzazione, facendo tremare leggermente il telescopio. Questo è stato risolto con un aggiornamento del software. Più recentemente, l'accumulo di ghiaccio all'interno del telescopio ha causato preoccupazione, ma anche questo problema è stato affrontato con successo.
Per fornire al mondo un'idea del suo potenziale, a novembre sono state rilasciate alcune "osservazioni anticipate" di oggetti fotogenici. Quella più vicina alla mia ricerca è quella dell’ammasso di galassie di Perseo (Figura 1). Oltre alle grandi galassie giallastre, che fanno parte di questo massiccio ammasso di materia, Euclid fornisce immagini dettagliate di altre 50.000 galassie. Questo livello di dettaglio è ciò di cui ho bisogno per la mia ricerca, ma finora ho solo 800 immagini su 25.000! Tutto questo è iniziato:il 15 febbraio 2024 Euclid ha iniziato la sua rilevazione principale e nei prossimi 2200 giorni continuerà a fotografare il cielo. Questa grande quantità di dati sarà un tesoro per gli astronomi – e per il mondo intero – negli anni a venire. Ad esempio, possiamo studiare in dettaglio la struttura di centinaia di galassie vicine, come IC 342 (Figura 3). Queste immagini sono solo un assaggio di ciò che porterà il futuro.
Fornito da The Conversation
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