Un progetto vuole rispondere alle domande fondamentali sull’universo primordiale
Da migliaia di anni l’umanità si interroga sulle origini dell’universo. Negli ultimi due decenni le osservazioni astronomiche hanno iniziato a ricomporre questo puzzle complesso e fondamentale, ma con ogni nuovo pezzo emergono nuove domande. Secondo il modello standard della cosmologia del Big Bang, l’universo primordiale ebbe origine quasi 14 miliardi di anni fa e, fin dalle fasi più precoci, è cresciuto con un periodo di espansione esponenziale e accelerata noto come inflazione. Successivamente, nell’arco di alcuni miliardi di anni si formarono gradualmente strutture di grandi dimensioni, come gli ammassi e le galassie, modellati dall’instabilità gravitazionale della materia oscura, un ipotetico ingrediente cosmico che reagisce con la materia standard solo attraverso la gravità.
Comprendere la natura della materia oscura
Qualche miliardo di anni fa, siamo entrati in un’altra fase di espansione guidata dall’energia oscura, una forma di energia enigmatica e invisibile. Scoprire la verità di queste entità oscure potrebbe aiutare a rispondere ad alcune domande fondamentali sulla storia dell’universo. Il progetto PiCOGAMBAS, un lavoro internazionale di un gruppo di ricerca dell’Università di Cardiff(si apre in una nuova finestra) nel Regno Unito e della Fondazione Simons(si apre in una nuova finestra) statunitense, si è prefisso di ottenere nuove conoscenze sulla natura dell’inflazione, dell’energia oscura e della materia oscura. Un’utile fonte per trovare queste risposte è il fondo cosmico a microonde (CMB, Cosmic Microwave Background), una «luce» residua del Big Bang. Viaggiando verso di noi, questa luce, che noi vediamo come radiazione elettromagnetica a microonde, attraversa grandi strutture cosmiche e lascia impronte distinte nei fotoni del CMB. Il progetto PiCOGAMBAS è stato finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra).
Unire le competenze degli Stati Uniti e dell’UE nel settore spaziale
Il progetto ha sfruttato le nuove serie di dati disponibili presso le istituzioni partner in Europa e negli Stati Uniti, tra cui una nuova generazione di esperimenti sul fondo cosmico a microonde dell’Osservatorio Simons e le indagini sulle galassie delle missioni dell’Agenzia Spaziale Europea(si apre in una nuova finestra) come Euclid e Gaia. Questa speciale combinazione di competenze ha permesso ai ricercatori di definire nuovi metodi per esaminare i dati delle osservazioni del CMB e di effettuare una correlazione incrociata con le indagini galattiche esistenti. L’équipe ha così potuto studiare le proprietà della materia distribuita nell’universo e la sua evoluzione. Il lavoro di ricerca comprendeva la progettazione e la combinazione di simulazioni numeriche, tecniche statistiche e nuove forme di analisi dei dati, che hanno aiutato il team transatlantico ad analizzare il fondo cosmico a microonde e a comprendere meglio la formazione della sua lente gravitazionale.
Una collaborazione in corso
Le misurazioni precise innovative effettuate dalla Fondazione Simons, combinate con i dati ottici della missione Gaia dell’ESA, hanno aiutato il gruppo di ricerca a studiare la storia dell’espansione dell’universo e a scavare più a fondo nelle proprietà della materia oscura. Uno dei principali risultati della collaborazione è stata l’analisi dei cosiddetti modi B, ovvero la radiazione polarizzata del CMB. L’équipe ha scoperto che l’osservazione dei modi B può aiutare a capire come si verificarono le perturbazioni nella distribuzione della materia oscura nel periodo dell’inflazione cosmologica. Queste informazioni sono fondamentali, dal momento che proprio tali fluttuazioni portarono alla formazione delle grandi strutture dell’universo. I risultati del progetto hanno dimostrato che i dati cosmologici del CMB sono coerenti per tutta la storia dell’universo, e nuovi metodi oggi consentono di studiare modelli di materia oscura, energia oscura e inflazione. Il gruppo di ricerca si augura che la collaborazione in corso continui ad ampliare le nostre conoscenze dell’universo primordiale.