Il sondaggio sull'energia oscura è uscito. 29 documenti che coprono 226 milioni di galassie in 7 miliardi di anni luce di spazio

La cosmologia è ormai estranea alle indagini su larga scala. La disciplina è orgogliosa della raccolta di dati e quando i dati che sta raccogliendo riguardano galassie che hanno miliardi di anni è facile capire perché più dati sarebbero migliori. Ora, con una raffica di 29 nuovi articoli, i risultati parziali della più grande indagine cosmologica di sempre: la Indagine sull'energia oscura (DES) – sono stati rilasciati. E conferma ampiamente ciò che già sapevamo.

Il DES si è svolto nell'arco di 6 anni dal 2013 al 2019 e ha osservato oltre 1/8 del cielo notturno per un totale di 758 notti. I risultati pubblicati il ​​27 maggio contengono l'analisi dei dati della prima metà di quel periodo di osservazione, avendo già pubblicato i risultati del primo anno nel 2017 .

Video che descrive il lavoro del DES.
Credito: Canale YouTube NOIRLab

Anche utilizzando solo la metà dei dati, l'indagine, che includeva 400 singoli scienziati provenienti da 25 istituzioni in 7 paesi, ha osservato oltre 226 milioni di galassie. Le osservazioni sono state fatte con il Victor M Bianco telescopio a Osservatorio Interamericano Cerro Tololo in Cile. Misurando 4 metri di larghezza, il telescopio Blanco ha una risoluzione di 570 megapixel – quasi 50 volte più di una fotocamera iPhone standard.

Tutto questo potere di osservazione è fantastico per raccogliere dati, ma gli scienziati devono sapere cosa farne una volta raccolti. L'obiettivo del sondaggio era quello di 'quantificare la distribuzione di materia oscura e l'effetto di energia oscura ” secondo a comunicato stampa da Fermilab, che ha costruito e testato la telecamera utilizzata nel sondaggio. Queste due caratteristiche cosmiche poco conosciute costituiscono il 95% di tutte le 'cose' conosciute nell'universo.

La telecamera Dark Energy Survey (DECam) nella camera bianca SiDet. La Dark Energy Camera è stata progettata specificamente per il Dark Energy Survey. È stato finanziato dal Dipartimento dell'Energia (DOE) ed è stato costruito e testato presso il Fermilab del DOE.
Credito: NOIRLab

Nonostante la loro prevalenza, sono molto difficili da rilevare, da qui il nome 'scuro'. Tuttavia, DES fornisce più informazioni che mai su alcune caratteristiche di questi fenomeni poco compresi. In particolare, due caratteristiche cosmologiche sono state al centro degli sforzi dell'indagine. Il primo è stato il “ ragnatela cosmica ”, mentre i secondi erano deboli lenti gravitazionali .

La rete cosmica è ciò che i cosmologi usano per descrivere la struttura delle galassie. Questi enormi ammassi di stelle legate gravitazionalmente non sono distribuiti casualmente, come si potrebbe supporre se l'universo fosse iniziato tutto dallo stesso stato. Formano uno schema, con gruppi di galassie che si uniscono per formare ammassi di galassie.

Mappe di alcuni lavori recenti per mappare il clustering dovuto alla materia oscura.
Credito: Hong et. al., Giornale di astrofisica

I cosmologi normalmente attribuiscono quelle aree ammassate alla presenza di densità più elevate di materia oscura e, quindi, gravità. La mappatura del punto in cui si verificano nello spazio fornisce informazioni su quali aree della galassia potrebbero presentare alte concentrazioni di materia oscura da studiare. I risultati dei modelli di crescita dell'universo possono quindi essere confrontati con la rete cosmica come un modo per verificarne l'accuratezza nel prevedere come l'universo si è effettivamente rivelato.

Tuttavia, il clustering non è l'unico modo per rilevare la materia oscura. Gli scienziati del DES hanno anche utilizzato un fenomeno cosmologico ben studiato chiamato lente gravitazionale. Questo effetto si verifica quando la luce viene piegata attorno ad aree ad alta gravità, che sono certamente sacche di materia oscura. La lente gravitazionale forte, come quella intorno ai buchi neri, è una caratteristica abbastanza comune della cosmologia, che produce caratteristiche come anelli di Einstein che sembrano spettacolari.

L''anello fuso' è uno degli anelli di Einstein più completi mai scoperti.
Credito: ESA / Hubble e NASA, S. Jha, L. Shatz

La lente gravitazionale debole non ha lo stesso impatto visivo del suo cugino più forte, ma fornisce maggiori informazioni su quell'importante mappa della materia oscura e dell'energia oscura. Può anche essere notoriamente difficile calcolare quale effetto ha il lensing, ed è qui che entrano in gioco alcuni strumenti analitici aggiuntivi sviluppati dal team DES.

spostamento verso il rosso è una caratteristica delle osservazioni astronomiche in cui le cose che sono lontane e si stanno allontanando sembrano avere la luce che emettono spostata sul lato rosso dello spettro luminoso. È noto per confondere i dati osservativi di caratteristiche come la lente gravitazionale o anche del clustering stesso.

Questo diagramma mostra la differenza tra bersagli non spostati, spostati verso il rosso e spostati verso il blu.
Credito: NASA

Per affrontare questo problema, il team DES ha ideato una nuova tecnica di calibrazione. Hanno scelto 10 diverse regioni del cielo per eseguire ricerche in 'campo profondo', che hanno permesso loro di vedere galassie che erano ancora più lontane della loro normale area di osservazione. Hanno quindi utilizzato i valori di redshift calcolati in questi campi profondi per calibrare i valori di redshift nel resto del cielo rilevato.

Anche avendo rimosso il redshift, più dati sono sempre più utili per comprendere i fenomeni cosmologici. Il team DES ha anche analizzato una serie di altri fenomeni, che includevano oscillazioni acustiche barioniche , misurazioni di frequenza per ammassi di galassie massicci e calcoli di alcune delle caratteristiche di Supernove di tipo Ia catturato nel sondaggio.

Questa immagine mostra una vista immersiva dall'interno della cupola del telescopio da 4 metri Víctor M. Blanco all'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo (CTIO), un programma del NOIRLab di NSF. Il Dark Energy Survey ha fotografato il cielo notturno utilizzando la Dark Energy Camera da 570 megapixel del Blanco.
Credito: NOIRLab

Il risultato complessivo di tutto questo sforzo è un altro fiore all'occhiello dell'attuale modello del evoluzione dell'universo . I risultati del sondaggio del DES si adattano bene al modello previsto utilizzato per la mappatura l'universo dall'inizio dei tempi. In effetti, contraddice le precedenti affermazioni secondo cui c'era qualche differenza percentuale tra l'universo osservato e quello previsto.

Ma lo sforzo della squadra non è ancora finito. Hanno ancora analizzato solo metà dei dati, quindi si prevede che l'altra metà aggiunga ancora più dettagli all'immagine dell'energia oscura e della materia oscura. Inoltre, nuove indagini che utilizzano nuovi strumenti, come l'Osservatorio Vera Rubin, sono già pianificato . Ci sono sempre più dati cosmologici da raccogliere.

Webinar sul sondaggio DES Anno 3.
Credito: canale YouTube DES

Per saperne di più:
NOIRLab – Dark Energy Survey pubblica uno sguardo più preciso sull'evoluzione dell'universo
DELLE - Risultati Cosmologia DES anno 3: documenti
arXiv - Risultati dell'indagine sull'energia oscura anno 3: calibrazione del redshift delle galassie sorgente di lente debole
UC - Dark Energy Survey rilascia uno sguardo più preciso sull'evoluzione dell'universo

Immagine principale:
Immagine in campo profondo di alcuni dei 226 milioni di galassie rilevate dal DES.
Credito: Dark Energy Survey / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA
Ringraziamenti: T.A. Rettore (Università dell'Alaska Anchorage/NOIRLab di NSF), M. Zamani (NOIRLab di NSF) e D. de Martin (NOIRLab di NSF)