I primi cinque anni della Dark Energy Survey

Il più grande campione di supernove utilizzando un singolo telescopio

Un esempio di supernova scoperta dalla Dark Energy Survey all'interno del campo coperto da uno dei singoli rilevatori della Dark Energy Camera . La supernova è esplosa in una galassia a spirale con spostamento verso il rosso = 0,04528, che corrisponde a un tempo di viaggio della luce di circa 0,6 miliardi di anni. In confronto, il quasar a destra ha uno spostamento verso il rosso di 3,979 e un tempo di viaggio della luce di 11,5 miliardi di anni. (DES Collaboration/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani)

Il consorzio Dark Energy Survey ha appena presentato i risultati dei primi cinque anni d’indagini del DES Supernova Survey per indagare il comportamento dell’energia oscura nell’Universo Locale. Nel 1998, due gruppi di astrofisici, analizzando la luminosità di 52 supernove del tipo Ia (SN Ia), scoprono che l’Universo è in espansione a ritmo accelerato. Fu una sorpresa perché i cosmologi si aspettavano invece un rallentamento. Qualcosa spinge le galassie e il fenomeno è imputabile a un’entità misteriosa che costituisce il 70% dell’Universo e chiamata energia oscura.

Una debole supernova catturata in una galssia nell’Universo Locale così come appare nelle immagini della DECam. (CTIO/NoirLab)

Un dilemma

Sin dalla scoperta, l’energia oscura ha rappresentato un vero dilemma non soltanto in merito alla sua natura ma soprattutto in termini di effetti sull’evoluzione cosmica.

Studi successivi suggerirono che l’energia oscura aveva iniziato a manifestarsi circa 6-7 miliardi di anni dopo il Big Bang. In sostanza, sarebbe un’entità in evoluzione e non sappiamo come influenzerà l’evoluzione cosmica e con quali conseguenze. Per scoprirlo bisognava trovare un gran numero di supernove per osservare il comportamento dell’energia oscura a varie epoche cosmiche, perciò è lanciato il progetto Dark Energy Survey (DES).

Più di 400 scienziati

Il DES è una collaborazione internazionale che annovera più di 400 scienziati efferenti 25 istituzioni, guidate dal Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Il DES utilizza la Dark Energy Camera (DECam), un mosaico di CCD operante su più filtri per un totale di 570 MP, montato sul telescopio Víctor M. Blanco di 4 metri al CTIO.

In sei anni di operazioni, la DECam ha ripreso un ottavo del cielo. Le sue immagini sono utili in un’ampia rosa di ricerche, dal Sistema Solare alle regioni di formazione stellare agli studi riguardanti il Gruppo Locale.

A 25 anni dalla scoperta, gli scienziati del DES hanno pubblicato i risultati di cinque anni d’indagini volte a porre forti vincoli sulla storia dell’espansione e l’energia oscura. I primi dati, illustrati durante il 243° Meeting dell’American Astronomical Society, sono contenuti in una serie di articoli già annunciati o in preparazione. In particolare, sono state pubblicate le curve di luce calibrate e il diagramma di Hubble del campione completo di supernove DES di tipo Ia (Sanchez 2024 e Vincenzi et al. 2024).

Curve di luce delle supernove nel campione DES divise nei filtri z,g,r e i.
(DES Collaboration) DOI: 10.48550/arxiv.2401.02929

Il modello cosmologico e le SN

In questi primi dati gli astrofisici riportano risultati coerenti con il modello cosmologico standard di un Universo dominato dalla materia oscura fredda e con la presenza di energia oscura, noto come Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM).

L’indagine DES Supernova è uno degli sforzi più riusciti e rappresenta una pietra miliare nella cosmologia mediante lo studio delle SN. In due milioni di galassie distanti, il team ha trovato migliaia di supernovae, ricavando il campione più grande e profondo mai ottenuto da un telescopio.

DES ha infatti triplicato il numero di SNe Ia osservate a z>0,2 e quintuplicato il numero oltre z>0,5. Nello specifico, la DECam ha registrato 1635 SNe di cui 1499 probabili SN Ia. Dopo averne combinati i dati con quelli delle 194 SNe Ia a basso z esistenti, la collaborazione presenta i risultati cosmologici finali per quattro varianti della cosmologia ΛCDM (materia oscura fredda con energia oscura), il modello che meglio descrive l’Universo.

Un campione che traccia la storia cosmica

Questo grande campione di supernovae, che copre un ampio intervallo di distanze, può essere utilizzato per tracciare la storia dell’espansione cosmica. Per ogni supernova, gli scienziati del DES combinano la sua distanza con una misurazione del redshift, cioè lo spostamento verso il rosso dovuto all’espansione cosmica. Insieme, questi due fattori possono fornire informazioni se la densità di energia oscura dell’Universo è rimasta costante o è cambiata nel tempo.

Mentre ΛCDM presuppone che la densità dell’energia oscura nell’Universo sia costante nel tempo e non si diluisca con l’espansione cosmica, i risultati del DES suggeriscono che ciò potrebbe non essere del tutto vero.

Il diagramma di Hubble. La storia dell’Universo in espansione può essere tracciata confrontando le velocità di recessione (redshift) con le distanze determinate per ciascuna supernova. Il risultato della DES mostra che l’espansione sta accelerando con il tempo cosmico, la firma dell’energia oscura.
(DES Collaboration)

Un Universo forse leggermente più giovane?

Il modello cosmologico standard Flat-ΛCDM si adatta bene ai dati registrati ma, quando si adatta ad altre varianti, sono osservate delle modeste deviazioni. Confrontando i risultati cosmologici di ciascun modello con l’analisi CMB della Planck Collaboration (2020), ci sono alcune differenze nei valori di adattamento migliori, ma modeste. Le conseguenze di tali adattamenti sarebbero un Universo più giovane di 0.4-1,2 miliardi di anni rispetto alla stima attuale. Nella situazione attuale non è necessario alcun aggiustamento.

Un risultato interessante è che le supernove sono abbastanza distanti per una misurazione dettagliata della fase di decelerazione dell’Universo e dove passa all’accelerazione. E mentre i risultati sono coerenti con una densità costante di energia oscura nell’Universo, suggeriscono anche che l’energia oscura potrebbe variare.

C’è ancora tanto lavoro da fare

Il futuro del DES consisterà nel combinare i risultati con gli altri tre pilastri della cosmologia, cioè le oscillazioni acustiche barioniche, il clustering di galassie e la lente debole.

Le tecniche innovative sperimentate dal DES daranno forma e guideranno ulteriormente le future analisi astrofisiche. Progetti come l’imminente Legacy Survey of Space and Time e il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, proseguiranno il lavoro.

Iscriviti alla newsletter

Email: accetto non accetto
Informazioni su Giuseppe Donatiello 363 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.