Dark Energy Survey rilascia uno sguardo più preciso sull’evoluzione dell’Universo

I dati dei primi tre anni di indagine del Dark Energy Survey utilizzano le osservazioni di 226 milioni di galassie

In 29 nuovi articoli scientifici, il Dark Energy Survey esamina le più grandi mappe mai viste della distribuzione e delle forme delle galassie, che si estendono per oltre 7 miliardi di anni luce in tutto l’Universo. L’analisi straordinariamente precisa, che include i dati dei primi tre anni dell’indagine, contribuisce al test più potente dell’attuale miglior modello dell’Universo, il modello cosmologico standard. Tuttavia, i suggerimenti rimangono dai precedenti dati DES e da altri esperimenti che contano nell’Universo oggi è un po ‘meno disordinato di quanto previsto.

I nuovi risultati del Dark Energy Survey (DES) utilizzano il più grande campione di galassie mai osservato su quasi un ottavo del cielo per produrre le misurazioni più precise fino ad oggi della composizione e della crescita dell’Universo. 

DES riprende il cielo notturno utilizzando la Dark Energy Camera da 570 megapixel sul telescopio da 4 metri Víctor M. Blanco della National Science Foundation al Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Cile, un programma del NOIRLab della NSF . Una delle fotocamere digitali più potenti al mondo, la Dark Energy Camera è stata progettata specificamente per DES. È stato finanziato dal Dipartimento dell’Energia (DOE) ed è stato costruito e testato al Fermilab del DOE  .

Nel corso di sei anni, dal 2013 al 2019, DES ha utilizzato il 30% del tempo sul telescopio Blanco e ha rilevato 5000 gradi quadrati – quasi un ottavo dell’intero cielo – in 758 notti di osservazione, catalogando centinaia di milioni di oggetti . I risultati annunciati oggi attingono ai dati dei primi tre anni – 226 milioni di galassie osservate in 345 notti – per creare le mappe più grandi e precise finora della distribuzione delle galassie nell’Universo in epoche relativamente recenti. I dati DES sono stati elaborati presso il National Center for Supercomputing Applications presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign.

NOIRLab è un orgoglioso ospite e membro della collaborazione DES“, ha affermato Steve Heathcote, Direttore associato del CTIO. “Sia durante che dopo il sondaggio, la Dark Energy Camera è stata una scelta popolare per la comunità e gli astronomi cileni”.

Attualmente la Dark Energy Camera viene utilizzata per programmi che coprono una vasta gamma di scienze, compresa la cosmologia. L’archivio scientifico della Dark Energy Camera, compreso il DES Data Release 2 su cui si basano questi risultati, è curato dal Community Science and Data Center (CSDC), un programma del NOIRLab di NSF. CSDC fornisce sistemi software, servizi agli utenti e iniziative di sviluppo per collegare e supportare le missioni scientifiche dei telescopi di NOIRLab, incluso il telescopio Blanco al CTIO. 

Poiché DES ha studiato le galassie vicine e quei miliardi di anni luce di distanza, le sue mappe forniscono sia un’istantanea dell’attuale struttura su larga scala dell’Universo sia una visione di come quella struttura si è evoluta negli ultimi 7 miliardi di anni.

La materia ordinaria costituisce solo il 5% circa dell’Universo. L’energia oscura , che i cosmologi ipotizzano guida l’espansione accelerata dell’Universo contrastando la forza di gravità, rappresenta circa il 70%. L’ultimo 25% è materia oscura, la cui influenza gravitazionale lega insieme le galassie. Sia la materia oscura che l’energia oscura rimangono invisibili. DES cerca di illuminare la loro natura studiando come la competizione tra loro modella la struttura su larga scala dell’Universo nel tempo cosmico. 

Per quantificare la distribuzione della materia oscura e l’effetto dell’energia oscura, DES si è basata principalmente su due fenomeni. Primo, su larga scala le galassie non sono distribuite casualmente nello spazio, ma piuttosto formano una struttura simile a una ragnatela dovuta alla gravità della materia oscura. DES ha misurato come questa rete cosmica si è evoluta nel corso della storia dell’Universo. L’ammasso di galassie che forma la rete cosmica a sua volta ha rivelato regioni con una maggiore densità di materia oscura.

In secondo luogo, DES ha rilevato la firma della materia oscura tramite lenti gravitazionali deboli. Mentre la luce proveniente da una galassia lontana viaggia attraverso lo spazio, la gravità sia della materia ordinaria che di quella oscura in primo piano può piegare il suo percorso, come attraverso una lente, risultando in un’immagine distorta della galassia vista dalla Terra. Studiando il modo in cui le forme apparenti delle galassie distanti sono allineate tra loro e con le posizioni delle galassie vicine lungo la linea di vista, gli scienziati del DES sono stati in grado di dedurre la grumosità della materia oscura nell’Universo.

Per testare l’attuale modello dell’universo dei cosmologi, gli scienziati del DES hanno confrontato i loro risultati con le misurazioni dell’osservatorio orbitale di Planck dell’Agenzia spaziale europea . Planck ha usato la luce nota come fondo cosmico a microonde per guardare indietro all’Universo primordiale, appena 400.000 anni dopo il Big Bang. I dati di Planck forniscono una visione precisa dell’Universo 13 miliardi di anni fa e il modello cosmologico standard prevede come la materia oscura dovrebbe evolversi fino al presente.

Combinato con i risultati precedenti, DES fornisce il test più potente del miglior modello attuale dell’Universo fino ad oggi, ei risultati sono coerenti con le previsioni del modello standard di cosmologia. Tuttavia, rimangono indizi dal DES e da diversi precedenti sondaggi galattici che l’Universo oggi è un po ‘meno irregolare di quanto previsto [1] .

Dieci regioni del cielo sono state scelte come “campi profondi” che la Dark Energy Camera ha ripreso ripetutamente durante il rilevamento. Mettere insieme quelle immagini ha permesso agli scienziati di intravedere galassie più lontane. Il team ha quindi utilizzato le informazioni sul redshift dai campi profondi per calibrare il resto della regione di indagine. Questo e altri progressi nelle misurazioni e nella modellazione, insieme a un aumento di tre volte dei dati rispetto al primo anno, hanno permesso al team di definire la densità e la massa dell’Universo con una precisione senza precedenti.

Il DES ha concluso le sue osservazioni del cielo notturno nel 2019. Con l’esperienza acquisita dall’analisi della prima metà dei dati, il team è ora pronto a gestire il set di dati completo. Ci si aspetta che l’analisi finale del DES dipinga un’immagine ancora più precisa della materia oscura e dell’energia oscura nell’Universo. 

La collaborazione DES è composta da oltre 400 scienziati provenienti da 25 istituzioni in sette paesi.

“La collaborazione è straordinariamente giovane. È fortemente orientato verso i postdoc e gli studenti laureati che stanno facendo una grande quantità di questo lavoro ” , ha detto il direttore e portavoce del DES Rich Kron, che è uno scienziato del Fermilab e dell’Università di Chicago. “ È davvero gratificante. Una nuova generazione di cosmologi viene addestrata utilizzando il Dark Energy Survey. 

I metodi sviluppati dal team hanno aperto la strada a future indagini del cielo come il Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time. “Il DES mostra che l’era dei grandi sondaggi di dati è iniziata bene e veramente ” , osserva Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab. “Il DES sul telescopio Blanco della NSF ha preparato la scena per le straordinarie scoperte che arriveranno con l’Osservatorio Rubin nel prossimo decennio . “