Dark Energy Survey
Un occhio verso l'espansione dell'Universo
Cari ragazzi è ora di parlare anche di energia oscura, visto che già "sapete" cos'è la materia oscura (leggi anche
Materia oscura sempre più oscura). Questo riassunto è dedicato in particolare a Matteo Benvenuti,
che spesso ci stupisce con i suoi interventi di scienze!
Era il 1929 quando Edwin Hubble scoprì che l'Universo è in espansione e le galassie si allontanano a grande
velocità le une dalle altre. A quel tempo Einstein disse di aver commesso l'errore più grande della sua vita,
quando, una decina di anni prima, le equazioni della relatività generale gli suggerivano un Universo non statico,
ma lui non ci volle credere! Nel 1998 due gruppi di astronomi e fisici, guidati da Saul Perlmutter, Brian Schmidt e
Adam Riess, premi Nobel nel 2011, dimostrarono che l'espansione dell'Universo sta accelerando. Ora la domanda è
perché l'Universo
sta accelerando?
Gli scienziati hanno formulato due ipotesi. La prima ipotesi prevede che la gravità potrebbe comportarsi come forza
repulsiva in alcuni
spazi dell'Universo. Se fosse vero, le teorie di Newton e Einstein andrebbero riviste. La seconda ipotesi, quella che sembra trovare il
plauso della maggior parte dei ricercatori, ipotizza che l'Universo sia pervaso da qualcosa di invisibile, l'energia oscura,
che si oppone alla forza di gravità. Questa energia fa sì che gli oggetti si respingano invece che attrarsi.
L'energia oscura non ha niente a che fare con la materia oscura, costituisce circa il 73 % dell'Universo e non sappiamo quale sia la sua
natura. Al FermiLab di Chicago scienziati statunitensi, spagnoli, inglesi, brasiliani, tedeschi e svizzeri hanno costruito uno strumento,
la Dark Energy Camera, montata sul telescopio del CTIO (Cerro-Tololo Inter-American Observatory) a 2200 metri di altitudine
in Cile, per scrutare un ottavo di cielo e produrre una mappa ad alta risoluzione di circa 200 milioni di galassie.
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Visione aerea del Cerro-Tololo Inter-American Observatory (CTIO) dove è
montata la telecamera del progetto DES (Dark Energy Survey). L'osservatorio si trova a 80 km ad est di La Serena in Cile a 2200 metri di altitudine. (http://cdn.phys.org/newman/gfx/news/hires/2013/1-darkenergysu.jpg) |
Grazie al progetto Dark Energy Survey (DES),
gli scienziati stanno analizzando quattro fenomeni diversi che dovrebbero aiutarli a capire quali
sono le cause dell'accelerazione del cosmo. I fenomeni studiati sono: 1) le supernove, 2) le "firme" delle onde sonore
primordiali, 3) la curvatura della luce dovuta alla gravità, l'effetto lente gravitazionale e 4) gli ammassi di
galassie. Questi fenomeni possono rivelare a quale velocità si è espanso l'Universo e quanta materia si è aggregata
negli ammassi cosmici durante la sua storia. Sembra infatti che nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang abbia prevalso
la gravità permettendo la formazione di ammassi di galassie. Invece, a partire da 7 miliardi di anni dopo il Big Bang, nell'Universo
avrebbe iniziato a prevalere la misteriosa "forza" che ne determina l'espansione accelerata.
Studiando il primo fenomeno, gli scienziati analizzeranno le cosiddette supernove di tipo "Ia", cioè quelle esplosioni che si
verificano quando una stella piccola e densa come una nana bianca raggiunge un certo limite di massa. Queste supernove raggiungono una massa e
quindi un picco di luminosità che è sempre uguale. La differenza di luminosità che vedrà la Dark Energy Camera
sarà quindi dovuta alla diversa distanza delle supernove osservate.
Gli oggetti più deboli sono anche quelli più lontani. Si sa, per esempio, che una
supernova di tipo "Ia" 100 volte più debole di un'altra è 10 volte più lontana. Dalle misure della distanza e della
velocità di allontanamento di queste supernove, DES ricostruirà gli ultimi
dieci miliardi di anni di storia dell'espansione dell'Universo e, dato che l'accelerazione cosmica sarà diversa a seconda della presenza
di una gravità modificata oppure dell'energia oscura, potremo fare ipotesi più dettagliate su questo 73 % di Universo che ci
manca.
Per quanto riguarda le "firme" delle onde sonore primordiali, DES effettuerà osservazioni su 200 milioni di galassie alla ricerca di
onde "sonore" che si sono generate nei primi istanti di vita dell'Universo e che adesso sono "visibili" come anelli di galassie distanti
480 milioni di anni luce da una galassia centrale. Anche se non avete capito, come me, non preoccupatevi! Ricordate solo che anche queste
misure possono distinguere tra le due ipotesi formulate per spiegare l'espansione cosmica.
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La telecamera del progetto DES ha scoperto nuove galassie nane. La Via Lattea e le nubi di Magellano sono, invece, visibili ad occhio nudo! (http://news.fnal.gov/wp-content/uploads/2015/10/DES-galaxy-map-8-17-15-hires.jpg) |
L'effetto lente gravitazionale sfrutta, invece, la proprietà della luce per cui la sua traiettoria viene deviata
dal campo gravitazionale
della materia che incontra lungo il suo tragitto.
La luce proveniente da galassie lontane subisce una curvatura che dipende dal grado di aggregazione della materia
lungo la sua traiettoria. Questa misurazione ripetuta per milioni di galassie può fornire una mappa dettagliata degli ammassi di
materia distribuiti in tutto il nostro Universo. La mappa sarà diversa a seconda che sia la gravità modificata o l'energia oscura ad
accelerare l'espansione dell'Universo. Gli ammassi di galassie, infine, che raggiungono masse pari a 1015 volte la massa del
Sole, sono oggetti immensi tenuti insieme dalla gravità. Tali ammassi si sono formati contrastando l'azione dell'energia oscura o della
gravità modificata. DES permetterà di confrontare il numero di ammassi nelle vicinanze della Terra, cioè ammassi recenti,
con
quello di ammassi lontani, cioè risalenti al lontano passato. Anche in questo caso il numero di ammassi dipende da quale forza
determina l'espansione dell'Universo.
La Dark Energy Camera, con le sue cinque lenti da 570 megapixel, ha iniziato la sua osservazione nell'agosto 2013 e ha già realizzato
immagini a colori di 100 milioni di galassie, ha individuato oltre 1000 supernove di tipo "Ia" ed ha scoperto 16 galassie nane ultradeboli
nelle vicinanze della Via Lattea. Il suo obiettivo, però, è: energia oscura o gravità modificata?
La sfida per scoprire i segreti dell'espansione dell'Universo è iniziata.
Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)