Roma – Sono sempre più le evidenze che sembrano indicare che l’energia oscura non sia una costante nell’Universo, come ipotizzato dal Modello Standard, ma che al contrario sia variabile. Gli ultimi arrivano dalla collaborazione Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) utilizzano la più grande mappa 3D del nostro universo mai realizzata per tracciare l’influenza dell’energia oscura negli ultimi 11 miliardi di anni.
DESI è un esperimento internazionale con oltre 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni in tutto il mondo ed è gestito dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. La collaborazione ha condiviso le proprie scoperte oggi in più articoli che saranno pubblicati sul repository online arXiv e in una presentazione al Global Physics Summit dell’American Physical Society ad Anaheim, California. “Quello che stiamo vedendo è profondamente intrigante”, ha affermato Alexie Leauthaud-Harnett, co-portavoce di DESI e professoressa presso l’UC Santa Cruz. “È emozionante pensare che potremmo essere sulla soglia di una grande scoperta sull’energia oscura e sulla natura fondamentale del nostro universo”.
Il Dark Energy Spectroscopic Instrument mappa l’universo raccogliendo spettri da milioni di galassie e quasar.
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Marilyn Sargent/Laboratorio di Berkeley
Presi singolarmente, i dati di DESI sono coerenti con il nostro modello standard dell’universo: Lambda CDM (dove CDM è materia oscura fredda e Lambda rappresenta il caso più semplice di energia oscura, dove agisce come una costante cosmologica). Tuttavia, se abbinati ad altre misurazioni, ci sono crescenti indicazioni che l’impatto dell’energia oscura potrebbe indebolirsi nel tempo e che altri modelli potrebbero essere più adatti. Queste altre misurazioni includono la luce residua dall’alba dell’universo (il fondo cosmico a microonde o CMB), le stelle che esplodono (supernovae) e il modo in cui la luce delle galassie distanti viene deformata dalla gravità (lente debole).
“Siamo guidati dal rasoio di Occam e la spiegazione più semplice per ciò che vediamo è lo spostamento”, ha affermato Will Percival, co-portavoce di DESI e professore presso l’Università di Waterloo. “Sembra sempre più che potremmo dover modificare il nostro modello standard di cosmologia per far sì che questi diversi set di dati abbiano senso insieme, e l’evoluzione dell’energia oscura sembra promettente”.
Questa fetta dei dati DESI mappa gli oggetti celesti dalla Terra (al centro) a miliardi di anni luce di distanza. Tra gli oggetti ci sono galassie luminose vicine (giallo), galassie rosse luminose (arancione), galassie a linee di emissione (blu) e quasar (verde). La struttura su larga scala dell’universo è visibile nell’immagine inserita, che mostra la regione di indagine più densa e rappresenta meno dello 0,1% del volume totale dell’indagine DESI.
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Collaborazione Claire Lamman/DESI
Finora, la preferenza per un’energia oscura in evoluzione non è salita a “5 sigma”, il gold standard in fisica che rappresenta la soglia per una scoperta. Tuttavia, diverse combinazioni di dati DESI con i dataset CMB, weak lensing e supernovae vanno da 2,8 a 4,2 sigma. (Un evento a 3 sigma ha una probabilità dello 0,3% di essere un colpo di fortuna statistico, ma molti eventi a 3 sigma in fisica sono svaniti con più dati.) L’analisi ha utilizzato una tecnica per nascondere i risultati agli scienziati fino alla fine, mitigando qualsiasi pregiudizio inconscio sui dati.
“Siamo nel business di lasciare che l’universo ci dica come funziona, e forse l’universo ci sta dicendo che è più complicato di quanto pensassimo”, ha detto Andrei Cuceu, ricercatore post-dottorato al Berkeley Lab e co-presidente del gruppo di lavoro Lyman-alpha del DESI, che usa la distribuzione del gas idrogeno intergalattico per mappare l’universo distante. “È interessante e ci dà più sicurezza vedere che molte diverse linee di evidenza puntano nella stessa direzione”.
DESI è uno dei più estesi studi del cosmo mai condotti. Lo strumento all’avanguardia, che cattura la luce di 5.000 galassie simultaneamente, è stato costruito e funziona con finanziamenti del DOE Office of Science. DESI è montato sul telescopio Nicholas U. Mayall da 4 metri della National Science Foundation degli Stati Uniti presso il Kitt Peak National Observatory (un programma di NSF NOIRLab) in Arizona. L’esperimento è ora al suo quarto di cinque anni di indagine del cielo, con piani per misurare circa 50 milioni di galassie e quasar (oggetti estremamente distanti ma luminosi con buchi neri al loro centro) entro la fine del progetto.
La nuova analisi utilizza dati dei primi tre anni di osservazioni e include quasi 15 milioni delle galassie e dei quasar meglio misurati. È un grande passo avanti, che migliora la precisione dell’esperimento con un set di dati che è più del doppio di quello utilizzato nella prima analisi di DESI, che ha anche accennato a un’energia oscura in evoluzione .
“Non è solo che i dati continuano a mostrare una preferenza per l’energia oscura in evoluzione, ma che le prove sono più forti ora di quanto non fossero”, ha affermato Seshadri Nadathur, professore presso l’Università di Portsmouth e co-presidente del gruppo di lavoro Galaxy and Quasar Clustering del DESI. “Abbiamo anche eseguito molti test aggiuntivi rispetto al primo anno e ci stanno rendendo fiduciosi che i risultati non siano guidati da qualche effetto sconosciuto nei dati di cui non abbiamo tenuto conto”.
DESI traccia l’influenza dell’energia oscura studiando come la materia si diffonde nell’universo. Gli eventi nell’universo primordiale hanno lasciato sottili modelli nel modo in cui la materia è distribuita, una caratteristica chiamata oscillazioni acustiche barioniche (BAO). Quel modello BAO agisce come un righello standard, con le sue dimensioni in momenti diversi direttamente influenzate dal modo in cui l’universo si stava espandendo. Misurare il righello a diverse distanze mostra ai ricercatori la forza dell’energia oscura nel corso della storia. La precisione di DESI con questo approccio è la migliore al mondo.
“Per un paio di decenni, abbiamo avuto questo modello standard di cosmologia che è davvero impressionante”, ha affermato Willem Elbers, ricercatore post-dottorato presso la Durham University e co-presidente del gruppo di lavoro Cosmological Parameter Estimation del DESI, che elabora i numeri che descrivono il nostro universo. “Man mano che i nostri dati diventano sempre più precisi, stiamo trovando potenziali crepe nel modello e ci rendiamo conto che potremmo aver bisogno di qualcosa di nuovo per spiegare tutti i risultati insieme”.
La collaborazione inizierà presto a lavorare su analisi aggiuntive per estrarre ancora più informazioni dall’attuale dataset, e DESI continuerà a raccogliere dati. Altri esperimenti che saranno online nei prossimi anni forniranno anche dataset complementari per analisi future.
“I nostri risultati sono un terreno fertile per i nostri colleghi teorici mentre esaminano modelli nuovi ed esistenti, e siamo emozionati di vedere cosa inventeranno”, ha affermato Michael Levi, direttore del DESI e scienziato del Berkeley Lab. “Qualunque sia la natura dell’energia oscura, plasmerà il futuro del nostro universo. È piuttosto notevole che possiamo guardare il cielo con i nostri telescopi e provare a rispondere a una delle più grandi domande che l’umanità si sia mai posta”.(30Science.com)
