Quando si tratta di precisione, tutti cercano il cento per cento, ma misurare le distanze cosmiche lascia un po 'di più al caso. Pochi giorni fa, i ricercatori del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) hanno annunciato al mondo che sono stati in grado di misurare la distanza dalle galassie situate a oltre sei miliardi di anni luce di distanza a un livello di confidenza dell'uno per cento. Se questo annuncio non sembra eccitante, allora pensa a cosa significa per altri studi. Queste nuove misurazioni forniscono un parametro alle proprietà dell'onnipresente "energia oscura", la fonte dell'espansione universale.
"Non ci sono molte cose nella nostra vita quotidiana che sappiamo con precisione all'uno percento", ha affermato David Schlegel, fisico del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) e principale investigatore di BOSS. "Ora conosco le dimensioni dell'universo meglio di quanto conosca le dimensioni della mia casa."
I risultati del team di ricerca sono stati presentati all'incontro dell'American Astronomical Society dall'astronomo Daniel Eisenstein dell'Università di Harvard, direttore dello Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), l'organizzazione mondiale che include BOSS. Sono dettagliati in una serie di articoli inviati alle riviste dalla collaborazione BOSS il mese scorso, tutti disponibili come prestampe online.
"Determinare la distanza è una sfida fondamentale dell'astronomia", ha affermato Eisenstein. “Vedi qualcosa nel cielo - quanto è lontano? Una volta che sai quanto è lontano, imparare tutto il resto è improvvisamente molto più facile. "
Quando si tratta di misurare le distanze nello spazio, gli astronomi hanno impiegato molti metodi. Misurare le distanze dai pianeti è stato realizzato usando il radar, ma ha i suoi vincoli e andare oltre nello spazio significa un metodo meno diretto. Anche se si sono dimostrati sorprendentemente accurati, esiste ancora un fattore di incertezza, che è espresso in percentuale. Ad esempio, se dovessi misurare la distanza da un oggetto a 200 miglia di distanza entro un valore reale di 2 miglia, hai misurato con una precisione dell'1%. Cosmicamente parlando, solo poche centinaia di stelle e una manciata di ammassi stellari sono in realtà abbastanza vicini da poter prevedere le loro distanze in modo così accurato. Risiedono all'interno della Via Lattea e sono a poche migliaia di anni luce di distanza. BOSS lo porta all'estremo ... le sue misurazioni vanno ben oltre i nostri confini galattici, oltre un milione di volte più in là, e mappano l'Universo con una precisione senza pari.
Grazie a queste nuove misurazioni della distanza estremamente accurate, gli astronomi BOSS stanno facendo progressi nel campo dell'energia oscura. "Non sappiamo ancora cosa sia l'energia oscura", ha spiegato Eisenstein, "ma possiamo misurarne le proprietà. Quindi, confrontiamo questi valori con quelli che ci aspettiamo che siano, data la nostra attuale comprensione dell'universo. Migliore è la nostra misurazione, più possiamo imparare. "
Come è fatto? Raggiungere una misura dell'uno percento a sei miliardi di anni luce non è facile come misurare un oggetto del sistema solare o anche uno contenuto nella nostra galassia. È qui che entra in gioco il BOSS. È il più grande dei quattro progetti che compongono Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), ed è stato costruito per sfruttare questa tecnica: misurare le cosiddette "oscillazioni acustiche barioniche" (BAO), sottili increspature periodiche in la distribuzione di galassie nel cosmo. Queste increspature sono la firma delle onde di pressione che un tempo giravano nell'universo primordiale in un momento in cui le cose erano così calde e dense che i fotoni marciavano insieme ai barioni - la sostanza che crea i nuclei degli atomi. Poiché la dimensione dell'ondulazione è nota, quella dimensione può ora essere misurata mappando le galassie.
"Con queste misurazioni della galassia, la natura ci ha regalato un bellissimo sovrano", ha dichiarato Ashley Ross, astronomo dell'Università di Portsmouth. “Il sovrano sembra essere lungo mezzo miliardo di anni luce, quindi possiamo usarlo per misurare le distanze con precisione, anche da molto lontano.
Utilizzando la sua strumentazione specializzata in grado di effettuare misurazioni dettagliate di mille galassie alla volta, BOSS ha affrontato un'enorme sfida: mappare la posizione di oltre un milione di galassie. "In una notte limpida quando tutto va alla perfezione, possiamo aggiungere più di 8000 galassie e quasar alla mappa", ha dichiarato Kaike Pan, che guida il team di osservatori al telescopio da 2,5 metri della Sloan Foundation SDSS-III presso l'Opache Point Observatory di Nuovo Messico.
Anche se il team di ricerca BOSS ha presentato le sue prime mappe galattiche e ha iniziato le misurazioni BAO un anno fa, questi nuovi dati coprono il doppio del territorio e forniscono una misurazione ancora più accurata, compresi quelli delle galassie vicine. "Effettuare queste misurazioni a due diverse distanze ci consente di vedere come l'espansione dell'universo è cambiata nel tempo, il che ci aiuterà a capire perché sta accelerando", ha spiegato l'astronoma dell'Università di Portsmouth Rita Tojeiro, che è co-presidente del raggruppamento della galassia BOSS gruppo di lavoro insieme a Jeremy Tinker della New York University.
Anche uno studio simile è Mariana Vargas-Magana, ricercatrice post-dottorato alla Carnegie Mellon University. Per consentire una precisione ancora maggiore, sta esaminando eventuali effetti sottili che potrebbero influenzare le misurazioni BOSS. "Quando stai cercando di raggiungere l'uno percento, devi essere paranoico su tutto ciò che potrebbe andare anche leggermente sbagliato", ha detto Vargas-Magana - ad esempio, lievi differenze nel modo in cui sono state identificate le galassie potrebbero aver gettato via l'intera misura della loro distribuzione, quindi diverse parti del cielo dovevano essere controllate attentamente. "Fortunatamente", ha detto Vargas-Magana, "ci sono molte persone attente nel nostro team per verificare le nostre ipotesi. Quando saranno tutti soddisfatti, siamo sicuri che non ci siamo persi nulla ".
Al momento, queste nuove scoperte di BOSS sembrerebbero essere coerenti con quella che consideriamo una forma di energia oscura, una costante trovata nella storia dell'Universo. Secondo il comunicato stampa, questa "costante cosmologica" è uno dei soli sei numeri richiesti per creare un modello che coincida con la scala e la struttura dell'Universo. Schlegel confronta questo modello a sei numeri con una lastra di vetro, che è fissata in posizione da bulloni che rappresentano diverse misurazioni della storia dell'Universo. "BOSS ora ha uno dei più stretti di quei bulloni e gli abbiamo dato un altro mezzo giro", ha detto Schlegel. "Ogni volta che aumenti la tensione e il vetro non si rompe, questo è un successo del modello."
Fonte originale della storia: Sloan Digital Sky Survey III. Per ulteriori approfondimenti: Comunicato stampa del Max Planck Institute.
