La più grande mappa 3D dell’universo in espansione mai realizzata

È stata presentata la mappa tridimensionale dell'universo più grande e dettagliata mai realizzata, ottenuta misurando la distanza dalla Terra di circa 6,1 milioni di galassie lontane fino a 11 miliardi di anni luce: sarà utile agli astronomi per studiare con un dettaglio inedito l'espansione cosmica e per affrontare una delle più grandi questioni irrisolte della cosmologia moderna: il comportamento dell'energia oscura e il suo ruolo nell'espansione accelerata dell'universo e nel destino finale del cosmo. Il risultato è stato possibile grazie ai dati raccolti dallo spettrografo DESI (Dark Energy Spectroscopy Instrument) installato al telescopio Mayall negli Stati Uniti, i cui dati sono stati raccolti e analizzati da un team di circa 900 ricercatori sparsi in tutto il mondo.

I dati raccolti da DESI potrebbero portare a una vera e propria svolta nella comprensione del cosmo. La loro analisi suggerisce infatti che, contrariamente a quanto ipotizzato precedentemente, l'energia oscura non sia costante ma evolva nel tempo. Se confermata con nuove osservazioni, questa evoluzione dell'energia oscura porterebbe gli astronomi a riscrivere completamente la storia dell'espansione dell'universo, portandoci potenzialmente più vicini a risolvere uno dei più grandi misteri della fisica contemporanea, ovvero la natura dell'energia oscura.

Nel video qui sotto è possibile compiere un volo interattivo attraverso le milioni di galassie mappate dallo strumento DESI.

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Di Filippo Bonaventura

Come è stata ottenuta la più grande mappa 3D dell'universo

Per creare una mappa tridimensionale dell'universo bisogna conoscere con grande precisione la posizione di moltissime galassie nello spazio tridimensionale: quindi non solo la loro posizione nel cielo ma anche la loro distanza. E qui è dove entra in gioco DESI. Dopo il primo anno operativo per DESI, lo spettrografo ha misurato la distanza di 6,1 milioni di galassie distribuite un po' ovunque nel cielo (a parte le zone fisicamente coperte dal disco della nostra galassia, la Via Lattea). Il risultato mostra con un dettaglio mai visto prima la più grande distribuzione 3D di galassie mai ottenuta, che mostra la struttura dall'universo locale fino a distanze cosmologiche.

DESI misura la distanza di una galassia dalla Terra scomponendo la luce che proviene da questo oggetto nelle sue lunghezze d'onda costituenti, creando quello che viene definito dagli astronomi “spettro”. A causa dell‘espansione dell'universo, la luce degli oggetti lontani viene “stirata” e dunque la sua lunghezza d'onda aumenta (un fenomeno noto come redshift).

Riconoscendo all'interno di uno spettro l'emissione o l'assorbimento di luce da parte di un determinato elemento chimico presente in una galassia, gli astronomi possono misurare il redshift della luce emessa dall'elemento chimico, cioè di quanto la sua lunghezza d'onda sia aumentata rispetto a quella che l'elemento chimico emette sulla Terra. Dal confronto tra la lunghezza d'onda a Terra e quella misurata nella galassia, gli astronomi sono in grado di tradurre questa differenza in una misura della distanza dell'oggetto da Terra.

A differenza degli strumenti suoi predecessori, DESI è in grado di scomporre la luce di 5000 oggetti contemporaneamente, cosa che permette allo spettrografo di mappare rapidamente vaste aree di cielo. Nel suo primo anno operativo, DESI ha misurato le distanze di circa 6,1 milioni di galassie, ma alla fine del progetto gli astronomi prevedono di misurarne più di 40 milioni. Insomma, la mappa cosmica “da record” di DESI è destinata a crescere di molto nei prossimi anni!

Cosa hanno scoperto gli astronomi grazie alla mappa

I dati raccolti dal primo anno operativo dello spettrografo DESI sono i primi rilasciati della nuova generazione di esperimenti cosmologici che hanno l'obiettivo di far luce su due dei grandi misteri dell'Universo, la natura dell'energia e della materia oscura. Esse vengono definite oscure poiché la loro natura è ignota, tuttavia entrambe condizionano il modo in cui l'Universo si espande, poiché la materia oscura tende a rallentare l'espansione, mentre l'energia oscura tende a velocizzarla.

Il modello standard comunemente accettato che descrive il nostro universo, chiamato Λ-CDM (‘“lambda-CDM”), prevede che l'energia oscura sia costante e che essa agisca come applicando una pressione negativa, cioè una pressione che invece di tendere a comprimere, tende a espandere, generando l'espansione accelerata dell'Universo che gli astronomi osservano da decenni. Misurando quindi il tasso di espansione dell'universo a diverse età, è possibile confermare o smentire il modello Λ-CDM e la costanza dell'energia oscura.

DESI è riuscita a misurare il tasso di espansione dell'universo in 7 diverse fasce di tempo cosmico, misurando le distanze e la distribuzione tridimensionale di più di 6 milioni di galassie, alcune delle quali esistenti quando l'universo aveva solo 2 miliardi di anni (l'età attuale dell'universo è 13,8 miliardi di anni).

Sebbene i dati sembrino essere in accordo con il modello Λ-CDM, combinandoli con quelli provenienti da altri esperimenti, come le distanze dalle supernovae, gli astronomi hanno trovato delle discrepanze col modello standard che possono essere spiegate assumendo che l'energia oscura non sia costante, ma evolva nel tempo. Ulteriori osservazioni sono però necessarie per confermare questo risultato. Se così fosse, ciò rappresenterebbe una vera e propria svolta nella comprensione del cosmo e porterebbe gli astronomi a riscrivere completamente la storia di espansione dell'universo, portandoci più vicini a scoprire la natura della misteriosa energia oscura.