Applicando l'informatica all'avanguardia a una vasta gamma di nuovi dati astronomici, i ricercatori dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hanno riportato oggi la prima solida rilevazione dell'ingrandimento cosmico su larga scala, una previsione della teoria della relatività generale di Einstein applicata alla distribuzione delle galassie , materia oscura e quasar distanti.
Questi risultati, accettati per la pubblicazione in The Astrophysical Journal, descrivono in dettaglio le sottili distorsioni che la luce subisce mentre viaggia da quasar lontani attraverso la rete di materia oscura e galassie prima di raggiungere gli osservatori qui sulla Terra.
La scoperta dell'SSSS pone fine a un disaccordo di due decenni tra precedenti misurazioni di ingrandimento e altri test cosmologici della relazione tra galassie, materia oscura e geometria generale dell'universo.
"La distorsione delle forme delle galassie di fondo a causa dell'obiettivo gravitazionale è stata osservata per la prima volta oltre un decennio fa, ma nessuno era stato in grado di rilevare in modo affidabile la parte di ingrandimento del segnale dell'obiettivo", ha spiegato il ricercatore capo Ryan Scranton dell'Università di Pittsburgh.
Mentre la luce fa il suo viaggio di 10 miliardi di anni da un lontano quasar, viene deviata e focalizzata dall'attrazione gravitazionale della materia oscura e delle galassie, un effetto noto come lente gravitazionale. I ricercatori SDSS hanno misurato definitivamente il leggero schiarimento o "ingrandimento" dei quasar e hanno collegato l'effetto alla densità delle galassie e della materia oscura lungo il percorso della luce quasar. Il team SDSS ha rilevato questo ingrandimento nella luminosità di 200.000 quasar.
Mentre la lente gravitazionale è una previsione fondamentale della relatività generale di Einstein, la scoperta della collaborazione SDSS aggiunge una nuova dimensione.
"Osservare l'effetto di ingrandimento è un'importante conferma di una previsione di base della teoria di Einstein", ha spiegato il collaboratore SDSS Bob Nichol presso l'Università di Portsmouth (Regno Unito). "Ci dà anche un controllo di coerenza cruciale sul modello standard sviluppato per spiegare l'interazione di galassie, ammassi di galassie e materia oscura".
Gli astronomi hanno cercato di misurare questo aspetto dell'obiettivo gravitazionale per due decenni. Tuttavia, il segnale di ingrandimento è un effetto molto piccolo - piccolo quanto un aumento di qualche percento della luce proveniente da ogni quasar. Rilevare un cambiamento così piccolo ha richiesto un campione molto ampio di quasar con misurazioni precise della loro luminosità.
"Mentre molti gruppi hanno riportato rilevamenti di ingrandimento cosmico in passato, i loro insiemi di dati non erano abbastanza grandi o abbastanza precisi da consentire una misurazione definitiva e i risultati erano difficili da conciliare con la cosmologia standard", ha aggiunto Brice Menard, ricercatore presso Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.
La svolta è arrivata all'inizio di quest'anno utilizzando un campione calibrato con precisione di 13 milioni di galassie e 200.000 quasar dal catalogo SDSS. I dati completamente digitali disponibili dall'SDSS hanno risolto molti dei problemi tecnici che affliggevano i precedenti tentativi di misurare l'ingrandimento. Tuttavia, la chiave della nuova misurazione era lo sviluppo di un nuovo modo di trovare quasar nei dati SDSS.
"Abbiamo preso spunti dal mondo dell'informatica e delle statistiche e li abbiamo applicati ai nostri dati", ha spiegato Gordon Richards dell'Università di Princeton.
Richards ha spiegato che utilizzando nuove tecniche statistiche, gli scienziati SDSS sono stati in grado di estrarre un campione di quasar 10 volte più grande dei metodi convenzionali, consentendo la straordinaria precisione richiesta per trovare il segnale di ingrandimento. "La nostra chiara rilevazione del segnale dell'obiettivo non sarebbe stata possibile senza queste tecniche", ha concluso Richards.
Recenti osservazioni sulla distribuzione su larga scala delle galassie, il Cosmic Microwave Background e le lontane supernove hanno portato gli astronomi a sviluppare un "modello standard" di cosmologia. In questo modello, le galassie visibili rappresentano solo una piccola frazione di tutta la massa dell'universo, il resto è fatto di materia oscura.
Ma per conciliare le misurazioni precedenti del segnale di ingrandimento cosmico con questo modello è stato necessario fare ipotesi plausibili su come sono distribuite le galassie rispetto alla materia oscura dominante. Ciò ha portato alcuni a concludere che il quadro cosmologico di base era errato o almeno incoerente. Tuttavia, i risultati SDSS più precisi indicano che i set di dati precedenti probabilmente non erano all'altezza della sfida della misurazione.
"Con i dati di qualità dell'SDSS e il nostro metodo molto migliore di selezione dei quasar, abbiamo posto fine a questo problema", ha detto Scranton. "La nostra misurazione è in accordo con il resto di ciò che l'universo ci sta dicendo e il fastidioso disaccordo è stato risolto."
"Ora che abbiamo dimostrato di poter effettuare una misurazione affidabile dell'ingrandimento cosmico, il prossimo passo sarà usarlo come strumento per studiare l'interazione tra galassie, materia oscura e luce in modo molto più dettagliato", ha affermato Andrew Connolly dell'Università di Pittsburgh.
Fonte originale: comunicato stampa SDSS
