Gli scienziati hanno analizzato la prima serie di dati provenienti dalla ricerca dello strumento spettroscopico per l'energia oscura per mappare l'universo e svelare i misteri dell'energia oscura.
Con 5.000 minuscoli robot in un telescopio in cima a una montagna, il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) consente ai ricercatori di guardare 11 miliardi di anni nel passato. La luce proveniente da oggetti lontani nello spazio sta proprio ora raggiungendo DESI, consentendo agli scienziati di mappare il cosmo com’era nella sua giovinezza e di tracciarne anche la crescita. Comprendere come si è evoluto l'universo è legato a uno dei più grandi misteri della fisica:l'energia oscura, che secondo i ricercatori sta guidando l'espansione dell'universo.
DESI è una collaborazione scientifica internazionale che coinvolge più di 800 scienziati da tutto il mondo. Tra loro ci sono ricercatori del gruppo di cosmologia dell'Università di Rochester, un gruppo interdisciplinare che comprende professori, ricercatori post-dottorato, studenti laureati e studenti universitari di fisica, astronomia, scienza dei dati e informatica. Il gruppo è co-guidato da Regina Demina, professoressa di fisica; Segev BenZvi, professore associato di fisica; e Kelly Douglass, assistente professore di fisica e astronomia (didattico).
DESI è attualmente nel bel mezzo di una ricerca quinquennale per misurare 40 milioni di galassie e quasar e creare la più grande mappa 3D del cosmo mai costruita, con le misurazioni più precise fino ad oggi. Lo strumento ha iniziato la sua indagine nel 2021 e i ricercatori hanno recentemente annunciato la loro analisi del primo anno di dati raccolti, comprese le misurazioni del tasso di espansione e della composizione dell’universo. Hanno pubblicato la loro analisi in più articoli su arXiv server di prestampa.
"I dati DESI rappresentano un enorme aumento di dimensioni rispetto a qualsiasi cosa abbiamo raccolto prima", afferma Douglass. "Il campione di galassie e quasar del DESI del primo anno è già sei volte più grande delle misurazioni combinate di tutte le precedenti indagini spettroscopiche condotte negli ultimi 40 anni."
E i dati del primo anno sono solo l'inizio, aggiunge Demina:"Il set di dati completo ci consentirà di dare uno sguardo più da vicino agli albori del nostro universo, un periodo in cui l'universo attraversò una rapida espansione esponenziale."
Lo strumento DESI si trova nel telescopio Mayall ristrutturato presso l'Osservatorio nazionale Kitt Peak della National Science Foundation vicino a Tucson, in Arizona. Lo strumento incorpora ottiche che aumentano il campo visivo del telescopio e comprende 5.000 fibre ottiche controllate roboticamente per raccogliere dati spettroscopici dagli oggetti nel campo visivo del telescopio e rilevare le posizioni tridimensionali di galassie e quasar nell'universo.
Il gruppo di Rochester fa parte del DESI dal 2017. I membri del gruppo hanno svolto un ruolo chiave nella messa in servizio e nel funzionamento dello strumento, compreso lo sviluppo e la risoluzione dei problemi del software per garantire che le 5.000 fibre fossero puntate in modo ottimale verso i loro obiettivi.
I membri del gruppo di Rochester hanno inoltre contribuito in modo significativo alla convalida dei dati del primo anno, compreso lo studio delle incertezze sistematiche (potenziali errori o variazioni) che potrebbero influenzare le misurazioni, per garantire meglio l'accuratezza e l'affidabilità dei risultati.
DESI è costruito per misurare le oscillazioni acustiche barioniche (BAO), enormi strutture simili a bolle seguite dalle galassie, formate da condizioni subito dopo il Big Bang. Nel suo primo anno, DESI ha utilizzato 5,7 milioni di galassie e quasar dal suo campione spettroscopico per misurare la dimensione del BAO e stimare la velocità con cui l'universo si sta espandendo, una quantità nota come costante di Hubble.
I BAO vengono utilizzati anche per limitare le densità della materia oscura e dell’energia oscura. Gli scienziati hanno creduto a lungo che l’universo si stesse espandendo a un ritmo costante, ma nel 1999 si è scoperto che il tasso di espansione stava accelerando. Si ipotizza che l'energia oscura sia responsabile dell'accelerazione.
Alcune teorie suggeriscono che uno o più campi scalari (forze invisibili che espandono l'universo), simili al campo scalare ipotizzato per guidare la crescita inflazionistica dell'universo subito dopo il Big Bang, contribuiscono all'energia oscura.
"Finora, l'umanità conosce un solo campo scalare:il campo di Higgs", afferma Demina, che faceva parte del team che ha scoperto il campo di Higgs nel 2012 utilizzando il Large Hadron Collider al CERN in Svizzera. "Ora è il momento di verificare se ci sono più campi simili."
Un’altra domanda a cui DESI cerca di rispondere è se l’energia oscura abbia un valore costante ovunque nell’universo – noto come costante cosmologica – o se le sue proprietà differiscono nel tempo e nello spazio. Sebbene le misurazioni BAO del primo anno di DESI siano compatibili con una costante cosmologica, favoriscono leggermente un modello che suggerisce che l'energia oscura sia un campo in evoluzione o "dinamico".
Secondo BenZvi, "Le prove a favore dell'evoluzione dell'energia oscura potrebbero essere molto interessanti, ma potrebbe anche trattarsi di una fluttuazione casuale. Non possiamo esserne sicuri finché non esamineremo la prossima serie di dati. La stima attuale è alla fine del 2025 per la prossima versione."
Ulteriori informazioni: Documenti DESI:data.desi.lbl.gov/doc/papers/
Informazioni sul giornale: arXiv
Fornito dall'Università di Rochester
