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SPAZIO/Dentro i misteri dell'energia oscura, grazie ai quasar di BOSS

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Illustrazione di Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory; Nic Ross, BOSS Lyman-alpha team, Berkeley Lab; e Springel et al, Virgo Consortium e Max Planck Institute for Astrophysics  Illustrazione di Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory; Nic Ross, BOSS Lyman-alpha team, Berkeley Lab; e Springel et al, Virgo Consortium e Max Planck Institute for Astrophysics

È della scorsa settimana l’annuncio fatto dal team di BOSS di una nuova misura della decelerazione nell’espansione dell’Universo nei suoi primi miliardi di anni di vita. BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) è un progetto condotto all’interno della survey spettroscopica SDSS, un esperimento che misura le posizioni e gli spettri elettromagnetici di quasi un milione di oggetti del cielo a grandi distanze, fino a una decina di miliardi di anni luce.
Dal momento che la luce si propaga nello spazio con una velocità elevata ma non infinita, questo implica che tale luce sia stata emessa miliardi di anni fa, quando l’Universo era molto più giovane di oggi. Esperimenti come SDSS consentono quindi ai cosmologi di effettuare un viaggio nel passato, per ricostruire la storia del cosmo negli ultimi quattordici miliardi di anni, dal Big Bang fino ad oggi.
Oggi appare assodato che l’Universo sia soggetto a una espansione iniziata col Big Bang e tuttora operante. Questa espansione procede per inerzia, ma viene contrastata dalla gravità che la rallenta progressivamente. Nel 1998 però tre cosmologi (Saul Perlmutter, Adam G. Riess e Brian P. Schmidt, che vinsero per questa scoperta il premio Nobel per la fisica nel 2011) scoprirono che negli ultimi 5-6 miliardi di anni tale espansione ha iniziato ad accelerare. Il risultato, completamente inaspettato, è stato ascritto a una energia oscura che, come se soffiasse nello spazio nel quale siamo immersi, lo gonfiasse vincendo l’opposizione della gravità. La natura di questa energia però resta ancora un mistero.
Un metodo molto usato per studiare tale accelerazione consiste nello studio delle oscillazioni acustiche barioniche (BAO), onde di densità propagatesi nella materia durante l’evoluzione dell’Universo, la cui misurazione consente di comprendere la velocità dell’espansione dello spazio. Oltre a lasciare un effetto visibile nella radiazione cosmica di fondo (CMB), le BAO possono essere misurate anche costruendo mappe tridimensionali della distribuzione della massa di galassie e di nubi di gas e studiandone la distribuzione nello spazio-tempo.
Sinora le BAO sono state utili per comprendere l’espansione dell’Universo negli ultimi miliardi di anni, quando l’energia oscura aveva già iniziato ad accelerare l’espansione; ma non era mai stato possibile impiegarle per le epoche più primitive (in cui l’espansione era ancora in fase di rallentamento) in quanto gli oggetti risalenti a quell’epoca sono troppo deboli per poter essere studiati dai telescopi.
Il team di BOSS è però riuscito a trovare un metodo per aggirare questa limitazione, basandosi sulla luce ricevuta dai quasar, nuclei galattici dalla straordinaria luminosità intrinseca e quindi ben visibili anche a grandi distanze. Sfortunatamente, i quasar oggi noti sono troppo rari per raggiungere l’accuratezza necessaria nello studio delle BAO (BOSS ne ha misurati 60.369, ma si sa che le deboli galassie intorno a loro sono almeno cento volte tanto). Dal momento però che la luce di questi quasar ha compiuto un tragitto così lungo, essa deve avere certamente interagito con numerose nubi di idrogeno durante il suo viaggio; e le BAO possono essere misurate anche usando tali nubi, che sono però quasi invisibili. Esse sono però capaci di modificare lo spettro della luce che le attraversa, inducendo una caratteristica riga (con questo gergo si intende che l’intensità luminosa viene ridotta per una lunghezza d’onda ben nota, ossia 121,6 nanometri, mentre rimane sostanzialmente inalterata per le altre). Una volta attraversata la nube, la luce continua nel suo viaggio; a causa dell’espansione dello spazio però la riga si sposta sempre più verso il rosso, a maggiori lunghezze d’onda. 



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