Misurare le distanze nell’Universo è molto più difficile che misurare le distanze sulla Terra. Una stella più luminosa è più vicina alla Terra di un’altra o sta semplicemente emettendo più luce? Per effettuare misurazioni affidabili della distanza, gli scienziati si affidano a oggetti che emettono una quantità nota di luce, come le supernovae di tipo Ia. Queste spettacolari esplosioni, tra le più luminose mai registrate nel cielo notturno, sono il risultato della morte violenta di stelle nane bianche e forniscono agli scienziati un metro di paragone cosmico affidabile. La loro luminosità e il loro colore, combinati con informazioni sulle galassie che le ospitano, consentono agli scienziati di calcolare la loro distanza e quanto si è espanso l’Universo mentre la loro luce si è recata a noi. Con sufficienti osservazioni di supernovae di tipo Ia, gli scienziati possono misurare il tasso di espansione dell’Universo e se cambia nel tempo.
Sebbene abbiamo catturato migliaia di supernovae di tipo Ia fino ad oggi, vederle una o due volte non è sufficiente: c’è una miniera d’oro di informazioni su come la loro luce varia nel tempo. L’Osservatorio Vera C. Rubin dell’NSF-DOE inizierà presto a scansionare il cielo dell’emisfero australe ogni notte per dieci anni, coprendo l’intero emisfero approssimativamente a distanza di poche notti. Ogni volta che Rubin rileverà un oggetto che cambia luminosità o posizione, invierà un’allerta alla comunità scientifica. Con una rilevazione così rapida, Rubin sarà il nostro strumento più potente per individuare le supernovae di tipo Ia prima che svaniscano.
L’Osservatorio Rubin è finanziato congiuntamente dalla U.S. National Science Foundation e dall’U.S. Department of Energy’s Office of Science. Rubin è un programma congiunto di NSF NOIRLab e SLAC National Accelerator Laboratory del DOE, che gestiranno Rubin in modo cooperativo.
Scienziati come Anais Möller, membro della Rubin/LSST Dark Energy Science Collaboration, non vedono l’ora di assistere al Legacy Survey of Space and Time (LSST) di Rubin, che durerà un decennio, durante il quale si prevede che rileverà milioni di supernovae di tipo Ia. “Il grande volume di dati di Rubin ci fornirà un campione di tutti i tipi di supernovae di tipo Ia a una gamma di distanze e in molti tipi diversi di galassie”, afferma Möller.
Infatti, Rubin scoprirà molte più supernovae di tipo Ia nei primi mesi del LSST di quelle nella scoperta iniziale dell’energia oscura, la misteriosa forza che causa l’espansione dell’Universo più velocemente del previsto in base alla teoria gravitazionale. Le misurazioni attuali suggeriscono che l’energia oscura potrebbe cambiare nel tempo, il che, se confermato, potrebbe aiutare ad affinare la nostra comprensione dell’età e dell’evoluzione dell’Universo. Ciò a sua volta avrebbe un impatto su ciò che comprendiamo su come si è formato l’Universo, inclusa la rapidità con cui stelle e galassie si sono formate nell’Universo primordiale.
Con un set molto più ampio di supernovae di tipo Ia da tutto l’Universo, gli scienziati saranno in grado di affinare la nostra mappa esistente di spazio e tempo, ottenendo un quadro più completo dell’influenza dell’energia oscura. “L’Universo in espansione è come un elastico che viene allungato. Se l’energia oscura non è costante, sarebbe come allungare l’elastico di quantità diverse in punti diversi”, afferma Möller. “Penso che nel prossimo decennio saremo in grado di stabilire se l’energia oscura è costante o si evolve con il tempo cosmico. Rubin ci consentirà di farlo con le supernovae di tipo Ia“.
Una valanga di dati
Ogni notte, l’Osservatorio Rubin produrrà circa 20 terabyte di dati e genererà fino a 10 milioni di allerte: nessun altro telescopio nella storia ha prodotto un’ondata di dati come questa. Ha richiesto agli scienziati di ripensare il modo in cui gestiscono le allerte rapide e di sviluppare metodi e sistemi per gestire i grandi set di dati in arrivo.
La valanga di avvisi notturni di Rubin sarà gestita e resa disponibile agli scienziati tramite sette sistemi software della comunità che assorbiranno ed elaboreranno queste allerte prima di servirle agli scienziati di tutto il mondo. Möller, insieme a una vasta collaborazione di scienziati di diverse competenze, sta sviluppando uno di questi sistemi, chiamato Fink.
I sistemi software raccolgono le allerte da Rubin ogni notte, uniscono i dati di Rubin ad altri set di dati e, utilizzando l’apprendimento automatico, li classificano in base al tipo, come kilonovae, stelle variabili o supernovae di tipo Ia, tra gli altri. Gli scienziati che utilizzano uno dei sistemi della comunità di Rubin, come Fink, saranno in grado di ordinare l’enorme set di dati di allerte in base a filtri selezionati, consentendo loro di concentrarsi rapidamente sui dati utili per la loro ricerca.
“A causa dei grandi volumi di dati, non possiamo fare scienza nello stesso modo in cui facevamo prima”, afferma Möller. “Rubin è un cambiamento generazionale. E la nostra responsabilità è sviluppare i metodi che saranno utilizzati dalla prossima generazione“.
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