Il progetto DESI è una collaborazione internazionale che coinvolge più di 900 ricercatori di oltre 70 istituzioni di tutto il mondo, tra cui l’EPFL. I primi risultati sono stati appena pubblicati e hanno permesso di creare la più grande mappa 3D delle galassie e dei quasar dell’Universo, con un livello di dettaglio senza precedenti.
Tornare indietro nel tempo
Grazie a 5.000 piccoli robot installati sul telescopio Mayall dell’Osservatorio di Kitt Peak, negli Stati Uniti, i ricercatori possono viaggiare indietro nel tempo fino a 11 miliardi di anni fa. Per la prima volta gli scienziati hanno misurato la storia dell’espansione di questo lontano periodo, da 8 a 11 miliardi di anni fa, con una precisione superiore all’1%. La nuova mappa supera tutte le precedenti mappe spettroscopiche 3D messe insieme e conferma le basi del nostro miglior modello dell’Universo.La luce proveniente da oggetti distanti nello Spazio ha appena raggiunto lo strumento DESI, permettendoci di mappare il nostro Cosmo come era agli albori e di tracciarne lo sviluppo fino ai giorni nostri. La comprensione dell’evoluzione del nostro Universo è legata alla sua fine e a uno dei più grandi misteri della fisica: l’energia oscura, ovvero l’elemento sconosciuto che sta facendo espandere sempre più rapidamente il nostro Universo.
Oggi i ricercatori condividono l’analisi dei dati raccolti durante il primo anno in numerosi articoli disponibili al pubblico.
"Siamo incredibilmente orgogliosi dei dati che hanno prodotto risultati cosmologici di livello mondiale. Questi sono i primi risultati della nuova generazione di esperimenti sull’energia oscura", afferma Michael Levi, direttore della collaborazione DESI e scienziato del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia statunitense, che gestisce il progetto. "Per ora, vediamo un accordo fondamentale con il nostro modello migliore dell’Universo, ma vediamo anche differenze potenzialmente interessanti, che potrebbero indicare che l’energia oscura si sta evolvendo nel tempo. Queste differenze possono o meno scomparire con l’aumento dei dati. Siamo quindi ansiosi di iniziare presto l’analisi della nostra serie di dati triennali".
Gli scienziati dell’EPFL hanno contribuito al progetto DESI nello sviluppo della strategia di targeting dello studio (scelta delle galassie da osservare) e nello sviluppo del sistema di posizionamento robotico delle fibre, compresi i test di verifica dell’inclinazione di alcuni posizionatori DESI per convalidarne le prestazioni. Questo sistema è stato sviluppato nell’ambito del gruppo interdisciplinare "Astrobots". che comprende il Laboratorio di Astrofisica dell’EPFL (LASTRO) e i team di Mohamed Bouri e Denis Gillet della Facoltà di Scienze e Tecniche dell’Ingegneria.
Un gruppo di giovani scienziati del Laboratorio LASTRO è stato inoltre fortemente coinvolto nell’interpretazione dell’enorme quantità di dati provenienti dal DESI, caratterizzandone il significato fisico e creando modelli numerici avanzati e simulazioni del nostro Universo.
"L’osservazione DESI nell’arco di un anno, con oltre 6 milioni di galassie e quasar, sarà più potente delle indagini SDSS degli ultimi due decenni. Per sfruttare appieno questo eccellente set di dati, dobbiamo studiare in dettaglio gli artefatti osservativi che ci impediscono di ottenere parametri cosmologici accurati", spiega Jiaxi Yu, dottorando presso il Laboratorio LASTRO e autore principale di uno degli articoli recentemente pubblicati. "L’interpretazione dei dati osservativi richiede la creazione di migliaia di universi gemelli digitali per convalidare e quantificare l’impareggiabile precisione delle nostre misure", aggiunge Daniel Forero-Sanchez, un altro dottorando del LASTRO.
"È straordinario poter partecipare a questo progetto globale, che raccoglie dati su oltre un milione di galassie ogni mese", afferma Jean-Paul Kneib, professore all’EPFL e direttore del Laboratorio LASTRO. "Siamo nell’età dell’oro della cosmologia, con studi su larga scala in corso o in procinto di essere lanciati, tra cui lo Square Kilometer Array, a cui partecipano anche la Svizzera e l’EPFL. Tutto questo ci aiuta a comprendere meglio la dinamica del nostro Universo, il suo contenuto e le sue proprietà fondamentali.
Con un solo anno di dati DESI, i ricercatori sono già in grado di misurare la storia dell’espansione del nostro Universo su sette diverse fette di tempo cosmico, ciascuna con una precisione compresa tra l’1 e il 3%. L’équipe ha svolto un grande lavoro per tenere conto delle sottigliezze della modellazione strumentale e teorica, il che dà fiducia nell’affidabilità dei risultati iniziali.
L’accuratezza complessiva del DESI sulla storia dell’espansione fino a 11 miliardi di anni è dello 0,5%, e l’epoca più lontana, che va dagli 8 agli 11 miliardi di anni, ha un’accuratezza record dello 0,82%. Questa misurazione del nostro giovane Universo è incredibilmente difficile. Eppure, nel giro di un anno, DESI è diventato due volte più bravo a misurare la storia dell’espansione in queste epoche lontane rispetto al suo predecessore (BOSS/eBOSS della Sloan Digital Sky Survey), che ha impiegato più di un decennio per farlo.
Scienza all’avanguardia
DESI è il primo esperimento spettroscopico ad effettuare una "analisi cieca", che nasconde il vero risultato agli scienziati per evitare qualsiasi pregiudizio di conferma inconscio. I ricercatori lavorano al buio con i dati modificati, scrivendo il codice per analizzare i risultati. Una volta completato il tutto, applicano la loro analisi ai dati originali per rivelare la vera risposta. I dati del DESI saranno utilizzati per completare i futuri studi del cielo e per preparare un aggiornamento recentemente raccomandato (DESI-II).La collaborazione DESI è onorata di avere l’opportunità di svolgere ricerche scientifiche su Iolkam Du’ag (Kitt Peak), una montagna di particolare importanza per la nazione Tohono O’odham.
Il DESI è sostenuto dall’Office of Science del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dal National Energy Research Scientific Computing Center, un centro utenti dell’Office of Science del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Il DESI è sostenuto anche dalla National Science Foundation degli Stati Uniti, dal Science and Technology Facilities Council del Regno Unito, dalla Gordon and Betty Moore Foundation, dalla Heising-Simons Foundation, dal Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) della Francia, dal National Council of Letters, Science and Technology del Messico, dal Ministero della Scienza e dell’Innovazione della Spagna e dagli istituti membri del DESI. L’EPFL e il Fondo Nazionale Svizzero hanno contribuito alla costruzione del DESI con quasi 1 milione di franchi svizzeri.
