BOSS: un enorme “giradischi” che cattura i segreti dell’Universo

NASA and the European Space Agency. Edited by Noodle snacks

Con un catalogo di 535.995 galassie, 102.100 quasar e 116.474 stelle, la Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) è la più grande raccolta di dati nell’ambito della Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), un programma di ricerca avviato nel 2001 che ha consentito di costruire mappe tridimensionali di galassie lontane e di buchi neri. I dati sono stati resi pubblici nei giorni scorsi e sono consultabili all’indirizzo www.sdss3.org/dr9.

La Sloan Digital Sky Survey fotografa la distribuzione nello spazio-tempo di centinaia di migliaia di sorgenti luminose. Mediante misurazioni spettrometriche, gli astronomi possono determinarne la posizione, la composizione chimica, la densità del gas e dei materiali che le compongono e, soprattutto, la velocità di allontanamento rispetto a noi – il redshift, o z, il parametro correlato all’età della sorgente. Galassie, quasar, stelle, un numero imprecisato di satelliti e corpi celesti: una cartografia digitale in grado di classificarli anche in base all’età potrebbe rendere meno utopistici i tentativi di formulare una Teoria del Tutto in merito alla formazione dell’Universo.

È solo il primo dei tre insiemi di dati che gli scienziati si attendono da BOSS. “Al completamento dell’intera survey, avremo indagato una porzione di cielo ancora maggiore e a una profondità doppia rispetto a quanto fatto finora. Il che significa un volume di universo cinque volte più grande di quello fino ad ora studiato dalla SDSS. Un volume superiore a quello osservato da tutte le altre survey spettroscopiche messe insieme”, spiega il responsabile della BOSS, David Schlegel, astrofisico presso il Lawrence Berkeley National Laboratory del Department of Energy statunitense.

Una chiave per comprendere la storia dell’Universo? Scopo di BOSS è l’analisi delle oscillazioni barioniche acustiche dell’universo primordiale (BAO). Semplificando, si tratta delle increspature presenti nel denso brodo quantistico immediatamente successivo al Big Bang, le stesse che i telescopi spaziali come WMAP e Planck registrano come radiazione cosmica di fondo.

Mentre si espandeva, l’Universo si raffreddava. Nel corso del tempo, questi addensamenti hanno dato origine a strutture a grande scala, come gli ammassi, le galassie, i buchi neri e le ampie regioni ad alta concentrazione di gas o materia oscura (la massa o materia oscura rappresenta il 72% circa della massa-energia totale dell’Universo). Le uniche tracce di questi addensamenti si trovano nelle variazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo a microonde (nel gergo degli astrofisici, CMB, ovvero cosmic microwave background).

La CMB è comparsa 380.000 anni dopo il Big Bang, oltre 13,6 miliardi di anni fa. Picchi e variazioni di temperatura del CMB corrispondono a mutamenti nella struttura a larga scala galattica. Le regioni ad alta densità di CMB erano, con ogni probabilità, i punti d’origine delle galassie; ora corrispondono a zone ricche di gas, con concentrazioni di massa e materia oscura decisamente maggiore che in altre zone. Un altro modo di misurare le oscillazioni barioniche acustiche dell’universo primordiale è offerto dai quasar. Trattandosi di oggetti molto lontani, che emettono più energia di dozzine di galassie, possono essere utilizzate come “metro” per studiare la distribuzione del gas intergalattico e la sua relazione con la materia oscura.

Queste considerazioni suggeriscono che la risposta alla domanda sulla storia del Cosmo sia affermativa. Proprio nella “geografia” dell’Universo, nei modi di distribuzione di tutte queste strutture, risiederebbe la chiave per comprendere cosa accadde nei primi istanti che seguirono il Big Bang. Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory, Department of Energy, hanno riscontrato la presenza di costanti nella misurazione delle distanze tra le strutture a grande scala: alcuni valori, quelli attorno al mezzo miliardo di anni luce, si riscontrano con maggiore frequenza di altri. Un indizio che consente di valutare modelli alternativi sulla composizione, sul passato e, forse, sul futuro dell’Universo.

In questo senso, BOSS è un sofisticato metro progettato per andare a misurare le distanze relative fra galassie e ammassi di galassie. Più che un telescopio può essere paragonato a un enorme giradischi: consta di 2000 dischi di alluminio, ciascuno dei quali ha un foro in corrispondenza di una sorgente (con un’apertura di due arco secondi e con circa un migliaio di fori per disco). La luce che attraversa ciascun foro viene registrata mediante fibre ottiche infrarosse; in questo modo, anche la luce nello spettro del rosso, quella proveniente dai quasar e dalle galassie più distanti, può essere registrata.

La survey di BOSS è uno strumento tra i più precisi mai messi a punto per ricostruire la life history dell’Universo; le prossime sfide riguardano la natura della gravità e dell’energia (o massa) oscura.