Misurato Universo con errore dell’1%, energia oscura sotto scacco

Alla riunione di gennaio dell’American Astronomical Society (AAS), i ricercatori del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) hanno annunciato di aver misurato le galassie a più di sei miliardi di anni luce di distanza tra loro con una precisione dell’un per cento. Insieme alle informazioni sulla velocità con cui l’Universo si espande, queste misure permettono agli scienziati dell’Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre di inserire nuovi potenti vincoli sulle proprietà della misteriosa energia oscura. Si pensa che questa componente dell’Universo sia responsabile dell’attuale espansione accelerata dell’Universo, altrimenti inspiegabile.

Crediti immagine: Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory

Le nuove misure della distanza delle galassie tra loro sono state presentate alla riunione dell’AAS dall’astronomo di Harvard Daniel Eisenstein, anchedirettore dell’SDSS-III. I dettagli si trovano in una serie di articoli presentati dalla collaborazione BOSS il mese scorso e disponibili online. “Determinare la distanza delle galassie è una sfida fondamentale dell’astronomia osservativa”, ha detto Eisenstein. “Se si guarda qualcosa nel cielo – quanto è lontano  da noi?”

Le distanze dei pianeti del sistema solare può essere misurata con grande precisione tramite un radar, ma per gli oggetti più distanti gli astronomi devono rivolgersi a metodi meno diretti. Solo poche centinaia di stelle e un piccolo numero di ammassi stellari sono abbastanza vicini per avere distanze misurate con una precisione dell’1%. Quasi tutte queste stelle sono solo poche migliaia di anni luce di distanza ed ancora all’interno della nostra galassia, la Via Lattea. Per raggiungere distanze un milione di volte più grandi, le nuove misure di BOSS sondano ben oltre la nostra galassia per mappare l’Universo con una precisione senza precedenti.

“Fare una misura dell’1% di una distanza di sei miliardi di anni luce è un enorme passo avanti”, ha spiegato Eisenstein, “e richiede una tecnica completamente diversa dalla misurazione del sistema solare o la Via Lattea.”

Il team di BOSS ha usato le oscillazioni acustiche barioniche (BAO) come un “righello standard” per misurare le distanze intergalattiche. Le BAO sono le impronte “congelate” di onde di pressione che si producevano e di propagavano attraverso l’universo primordiale – e aiutano a impostare la distribuzione delle galassie che vediamo oggi.

La natura sembra aver regalato ai ricercatori una gran bella regola per compiere una misurazione altrimenti impossibile da fare direttamente. Si pensi che una misura diretta comporta interazione, ma l’interazione viaggia alla velocità della luce, quindi per distanze molto grandi occorrerebbe aspettare un tempo superiore alla vita stimata del nostro sole.

Le onde BAO sono lunghe ben mezzo miliardo di anni luce, una distanza incomprensibile per noi, ma che i ricercatori possono utilizzare le distanze con precisione, anche da molto lontano.

Le oscillazioni BAO sono delle increspature  discendenti di onde di pressione che si muovevano attraverso il plasma dell’universo primordiale, che era così caldo e denso che le particelle di luce (fotoni) erano strettamente accoppiate ai protoni e ai neutroni (conosciuti collettivamente come “barioni”) che compongono i nuclei degli atomi. La dimensione di queste increspature periodiche può essere calcolata dalla fisica e utilizzata come un righello che può essere misurato con estrema precisione.

Ariel Sanchez e Francesco Montesano, due giovani ricercatori presso l’Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre, hanno usato il “righello” delle onde BAO non solo lungo la direzione perpendicolare alla linea di vista, ma anche nella direzione parallela ad essa, analizzando l’anisotropia nel raggruppamento delle galassie. “Questo ci ha permesso di misurare non solo quanto queste galassie sono distanti da noi, ma anche quanto velocemente si stanno muovendo”, spiega Ariel Sanchez. “Questo significa che siamo in grado di determinare il tasso al quale l’Universo si stava espandendo nel momento in cui la luce che osserviamo oggi ha lasciato quelle galassie 6 miliardi anni fa.”

Il team di BOSS ha presentato le misure preliminari già un anno fa, ma la nuova analisi copre un volume maggiore dell’Universo e quindi fornisce una misurazione più accurata, con la mappatura di 1,2 milioni di galassie. Essa comprende anche le prime misure BAO da un campione di galassie più vicine.

“Le galassie lontane ci permettono di guardare indietro nel tempo, quando l’Universo era circa la metà della sua età attuale, mentre le galassie più vicine ci mostrano un universo più maturo”, dice Ariel Sanchez. “Quando facciamo le due misure insieme, otteniamo davvero potenti vincoli sulle proprietà che deve avere l’energia oscura, che pensiamo sia responsabile dell’attuale accelerazione dell’espansione dell’Universo.”

Per ora, le misurazioni di BOSS appaiono coerenti con il modello di energia oscura che gli scienziati si immaginano, una sorta di costante che resta immutata attraverso la storia dell’Universo, in contrasto con la materia ordinaria e oscura, che si diluiscono col passare del tempo a causa dell’espansione dell’Universo. Questa energia oscura sembra essere un’energia irriducibile associata allo spazio stesso, ed è talvolta interpretata anche come la “costante cosmologica” ipotizzata a suo tempo da Albert Einstein. Questa teoria è ormai diventata il modello standard per l’energia oscura. “Mano a mano che i nostri dati continuano a migliorare, riusciamo a sottoporre questo modello standard a prove sempre più stringenti”, dice Ariel Sanchez.