Nuove intuizioni sull’energia oscura e sui neutrini

Il South Pole Telescope. Crediti: Daniel Luong-Van, National Science Foundation. Fonte immagine: http://www.nsf.gov/news/news_images.jsp?cntn_id=123725&org=NSF

L’analisi dei dati provenienti dal Science Foundation (NSF), che ha finanziato il South Pole Telescope (SPT) di dieci metri, posizionato in Antartide, offrono un nuovo supporto alla spiegazione più largamente accreditata sull’energia oscura, la sorgente di una forza misteriosa, ancora non spiegata completamente, che è responsabile dell’espansione accelerata dell’universo.

I risultati iniziano ad affinare la piccolissima massa dei neutrini, le particelle più abbondanti nell’universo che fino a poco tempo fa erano ritenute prive di massa.

I dati ottenuti dall’SPT sostengono fortemente la costante cosmologica introdotta da Albert Einstein, il modello guida per l’energia oscura, anche se i ricercatori basano le loro analisi solo su una piccola frazione dei dati raccolti da SPT e solo su 100 degli oltre 500 ammassi di galassie studiate finora.

“Con i dati al completo di SPT saremo in grado di mettere dei vincoli più stretti all’energia oscura e possibilmente di determinare la massa dei neutrini” ha affermato Bradford Benson, Post PhD finanziato dalll’NSF e che lavora presso l’Università di Chicago, al Kavli Institute for Cosmological Physics. Benson ha presentato le ultime scoperte ottenute dalla collaborazione con l’SPT l’1 aprile scorso presso l’American Physical Societ Meeting, ad Atlanta.

Questi scoperte recenti compiute dall’SPT sono solamente gli ultimi risultati scientificamente interessanti ottenuti dai ricercatori finanziati dall’NSF con l’utilizzo del South Pole Telescope negli ultimi cinque anni, ossia da quando è diventato operativo, ha sottolineato Vladimir Papitashvili, Direttore del Programma Antarctic Astrophysics and Geospace Sciences presso l’Ufficio dei Programmi Polari dell’NSF.

“Il South Pole Telescope ha dimostrato di essere un gioiello della ricerca astrofisica compiuta da NSF in Antartide” ha affermato. “Si è prodotto circa due dozzine di pubblicazioni peer-reviewed da quando il telescopio ha ricevuto la sua “prima luce”, il 17 febbraio 2007. SPT è un progetto che ha un ben preciso piano, è ben gestito ed è un progetto davvero sorprendente”.

280 tonnnellate per 22, 86 metri di altezza, è SPT è il più grande telescopio astronomico mai costruito per l’aria limpida e secca dell’Antartide. Collocato presso l’Amundsen-Scott South Pole Station dell’NSF nel polo geografico sud, sorge ad un’altitudine di 2 835 metri su un plateau polare. A causa della sua posizione stragegica praticamente sull’asse polare è possibile effettuare osservazioni a lungo termine.

NSF gestisce il programma artico americano attraverso il quale coordina tutta la ricerca scientifica americana nel continente più meridionale e a bordo di navi nell’Oceano del Sud, oltre a fornire il supporto necessario per la parte logistica.

Una collaborazione internazionale di ricerca guidata dall’Università di Chicago gestisce il South Pole Telescope.
La collaborazione include gruppi di ricerca presso l’Argonne National Laboratory; Cardiff University in Scozia; Case Western Reserve University; Harvard University; Ludwig-Maximilians-Universität in Germania; the Smithsonian Astrophysical Observatory; McGill University in Canada; the University of California, Berkeley; the University of California, Davis; the University of Colorado Boulder e l’University of Michigan, oltre che a singoli ricercatori di diverse altre istituzioni.

SPT è stato progettato specificatamente per affrontare lo studio dell’energia oscura. Il telescopio di 10 metri opera a lunghezze d’onda millimetriche per ricavare immagini ad alta risoluzione della radiazione cosmica di fondo (CMB, Cosmic Microwave Background Radiation), ciò che è rimasto in forma di luce della nota esplosione, il Big Bang, che diede origine al nostro universo.

I ricercatori utilizzano la CMB per la ricerca di ammassi di galassie lontane che possono essere utilizzate per individuare le proprietà della materia oscura e, inoltre, per aiutare a definire la massa del neutrino.

“La CMB è letteralmente un’immagine dell’universo a soli 400 000 anni di vita, all’epoca in cui i primi pianeti, stelle e galassie si stavano formando nell’Universo” ha affermato Benson. “La CMB ha viaggiato attraverso l’intero universo visibile, per almeno 14 miliardi di anni, e durante il suo viaggio vengono impresse informazioni riguardanti sia il contenuto che l’evoluzione dell’universo”.

I nuovi risultati di SPT sono basati su un nuovo metodo che combina misurazioni prese con il telescopio e con quelle ottenute dalla NASA e  dai satelliti in X dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ed estende queste misurazioni per distanze maggiori rispetto a quelle precedentemente raggiunte.

La proprietà più ampiamente accettata dell’energia oscura è che essa è dotata di una forza che agisce ovunque ed in ogni istante nell’universo. Questa forza potrebbe essere la manifestazione della costante cosmologica di Einstein che assegna energia allo spazio, anche quando è privo di materia e di radiazione.

Eistein considerava la costante cosmologica uno dei suoi più grandi errori dopo aver appreso che l’universo non era statico, bensì in espansione. Alla fine degli anni novanta del secolo scorso, i ricercatori astronomi scoprirono che l’espansione dell’universo sembrava essere accelerata in accordo con le misure delle distanze cosmiche basate sulla luminosità relativamente uniforme delle stelle che esplodono, le supernove. La scoperta fu una sorpresa perchè la gravità avrebbe dovuto rallentare l’espansione che aveva seguito il Big Bang.

La galassia attiva NGC 1275 si trova al centro di un ammasso di galassie denominato Ammasso del Perseo. Con la combinazione di immagini in varie lunghezze d’onda si è ottenuta un’immagine composita grazie al Chandra X Ray Observatory e all’Hubble Space Telescope. L’immagine in X ottenuta da Chandra, qui rappresentata dalla parte in violetto, rivela la presenza di un buco nero nella regione nucleare di NGC 1275. I dati ottici ottenuti dall’Hubble Space Telescope nella regione del visibile, qui in rosso, verde e blu, e l’emissioni radio in rosa tracciano dei getti generati dal buco nero centrale. Crediti Chandra X Ray Observatory e Hubble Space Telescope / NASA.

Einstein introdusse la costante cosmologica nella sua teoria della Relatività Generale per spiegare un universo stazionario, l’idea dominante del suo tempo. Ma la sua costante si adatta bene anche nel caso di un universo che accelera, ora supportato da innumerevoli osservazioni astronomiche.

Altri ipotizzano che la gravità potrebbe operare in modo differente su grandi scale dell’universo. In entrambi i casi, le misure astronomiche puntano ad una nuova fisica che deve ancora essere compresa.

Dato che la CMB passa attraverso gli ammassi di galassie, gli ammassi effettivamente lasciano delle “ombre” che permettono ai ricercatori di identificare gli ammassi di galassie più massicci nell’universo quasi indipendentemente dalla loro distanza.
“Gli ammassi di galassie sono i più massicci oggetti anche se i più rari dell’universo, e quindi possono essere visti come delle sonde importanti per stdiare la fisica su larga scala dell’universo” ha affermato John Carlstrom,  Professore Emerito in Astronomia e Astrofisica (S. Chandrasekhar Distinguished Service Professor in Astronomy & Astrophysics) che guida la collaborazione SPT.

“La sensibilità insuperabile e la risoluzione delle mappe della CMB prodotte con il South Pole Telescope forniscono la visione più dettagliata dell’universo giovane e permettono di trovare tutti gli ammassi massicci nell’universo lontano” ha detto Christian Reichardt, un post PhD presso l’Università di California, Berkeley e autore principale del nuovo catalogo cartaceo degli ammassi dell’SPT.

Il numero di ammassi che si sono formati nella storia dell’universo è sensibile con la massa dei neutrini e con l’influenza dell’energia oscura sulla crescita delle strutture cosmiche.
“I neutrini sono tra le particelle più abbondanti nell’universo” ha affermato Benson. “Circa 1 000 miliardi di neutrini ci attraversano in ogni secondo anche se difficilmente ce ne accorgiamo perchè raramente interagiscono con la materia ordinaria”.

Il team di SPT è stato in grado di migliorare le stime delle masse dei neutrini ottenendo un valore che si avvicina alle predizioni derivanti dalle misure della fisica delle particelle. “E’ sorprendente come le misurazioni di SPT delle più grandi strutture dell’universo guidino a nuove intuizioni sui neutrini così tanto evasivi” ha affermato Lloyd Know, Professore di Fisica presso l’Università della California a Davis e membro della collaborazione SPT. Know ha sottolineato la grande importanza dei neutrini in Cosmologia in una sessione speciale dell’APS il 3 aprile scorso.

Fonte NSF.gov: South Pole Telescope Provides New Insights Into Dark Energy and Neutrinos: http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=123725&org=NSF&from=news
Crediti: Daniel Luong-Van, National Science Foundation. Fonte immagine: http://www.nsf.gov/news/news_images.jsp?cntn_id=123725&org=NSF

Sabrina