Per millenni, gli esseri umani sono stati affascinati dai misteri del cosmo. Dalle antiche civiltà come i babilonesi, i greci e gli egizi agli astronomi moderni, il fascino del cielo stellato ha ispirato innumerevoli ricerche per svelare i segreti dell'universo.
La ricerca della collaborazione Atacama Cosmology Telescope è culminata in una nuova rivoluzionaria mappa della materia oscura distribuita su un quarto dell'intero cielo, raggiungendo le profondità del cosmo. I risultati forniscono ulteriore supporto alla teoria della relatività generale di Einstein, che è stata il fondamento del modello standard della cosmologia per più di un secolo, e offrono nuovi metodi per demistificare la materia oscura. Credito immagine: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
Sebbene i modelli che spiegano il cosmo esistano da secoli, il campo della cosmologia, in cui gli scienziati impiegano metodi quantitativi per ottenere informazioni sull'evoluzione e la struttura dell'universo, è relativamente nascente. La sua fondazione è stata stabilita all'inizio del XX secolo con lo sviluppo della teoria della relatività generale di Albert Einstein, che ora funge da base per il modello standard della cosmologia.
Ora, una serie di documenti presentati a The Astrophysical Journal dai ricercatori del Telescopio cosmologico di Atacama (ACT) ha rivelato una nuova immagine rivoluzionaria che mostra la mappa più dettagliata della materia distribuita su un quarto dell'intero cielo, raggiungendo le profondità del cosmo. Conferma la teoria di Einstein su come le strutture massicce crescono e piegano la luce, con un test che abbraccia l'intera età dell'universo.
"Abbiamo creato una nuova mappa di massa utilizzando le distorsioni della luce rimaste dal Big Bang", afferma Matteo Madhavacheril, autore principale di uno dei giornali e assistente professore nel Dipartimento di Fisica e Astronomia at l'Università della Pennsylvania. "Sorprendentemente, fornisce misurazioni che mostrano che sia la 'irregolarità' dell'universo che la velocità con cui sta crescendo dopo 14 miliardi di anni di evoluzione sono proprio ciò che ti aspetteresti dal nostro modello standard di cosmologia basato sulla teoria della gravità di Einstein .”
Gli autori notano che la qualità della grumosità è attribuita alla distribuzione non uniforme della materia oscura in tutto l'universo e che la sua crescita è rimasta coerente con le previsioni precedenti. E, nonostante costituisca l'85% dell'universo e influenzi la sua evoluzione, la materia oscura è stata difficile da rilevare perché non interagisce con la luce o altre forme di radiazione elettromagnetica. Per quanto ne sappiamo, la materia oscura interagisce solo con la gravità.
Finanziato dalla National Science Foundation, l'ACT è stato costruito dalla Penn e dalla Princeton University e nel 2007 ha iniziato le osservazioni per rintracciare l'inafferrabile materia oscura. Gli oltre 160 collaboratori che hanno costruito e raccolto dati dall'ACT, che si trova nell'alto Cile Ande, osserva la luce emanata dopo l'alba della formazione dell'universo, il Big Bang, quando l'universo aveva solo 380,000 anni. I cosmologi spesso si riferiscono a questa luce diffusa che riempie il nostro intero universo come "l'immagine infantile dell'universo", ma formalmente è nota come radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB).
Il team tiene traccia di come l'attrazione gravitazionale di strutture grandi e pesanti, inclusa la materia oscura, deforma la CMB nel suo viaggio di 14 miliardi di anni fino a noi, come il modo in cui una lente d'ingrandimento piega la luce mentre passa attraverso la sua lente.
"Quando abbiamo proposto questo esperimento nel 2003, non avevamo idea della portata completa delle informazioni che potevano essere estratte dal nostro telescopio", afferma Marco Devlin, Reese Flower Professor of Astronomy presso la Penn e vicedirettore di ACT. "Lo dobbiamo all'intelligenza dei teorici, alle molte persone che hanno costruito nuovi strumenti per rendere il nostro telescopio più sensibile e alle nuove tecniche di analisi che il nostro team ha escogitato con."
Ricercatori della Penn Gary Bernstein ed Bhuvnesh Jain hanno guidato la ricerca sulla mappatura della materia oscura utilizzando la luce visibile emessa da galassie relativamente vicine rispetto alla luce della CMB. "È interessante notare che abbiamo scoperto che la materia è un po' meno grumosa di quanto prevede la teoria più semplice", afferma Jain "Tuttavia, il bellissimo lavoro di Mark e Mathew sulla CMB concorda perfettamente con la teoria".
Credito immagine: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation
"Le straordinarie mappe della materia oscura di ACT restringono notevolmente i tempi e i luoghi in cui la teoria più semplice potrebbe andare storta", afferma Bernstein. "Una speculazione è che una nuova caratteristica della gravità o dell'energia oscura stia apparendo solo negli ultimi miliardi di anni, dopo l'era che ACT sta misurando".
ACT, che ha operato per 15 anni, è stato disattivato nel settembre 2022. Tuttavia, si prevede che presto saranno presentati altri documenti che presentano i risultati della serie finale di osservazioni e il Osservatorio Simons condurrà osservazioni future nello stesso sito, con un nuovo telescopio che dovrebbe iniziare le operazioni nel 2024. Questo nuovo strumento sarà in grado di mappare il cielo quasi 10 volte più velocemente di ACT.
Fonte: University of Pennsylvania
