L’Osservatorio Vera C. Rubin presto pronto a sondare il lato oscuro dell’Universo

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Qui come altrove, i gruppi di ricerca si stanno preparando meticolosamente per l’apertura dell’Osservatorio Vera C. Rubin, prevista per il 2025.

Sulla cresta del Cerro Pachón, in Cile, possiamo ora ammirare l’imponente sagoma dell’Osservatorio americano Vera C. Rubin. Progettata nel 1996, la sua costruzione è iniziata nel 2015 e sarà completata solo quest’anno. Questo osservatorio ha richiesto diverse imprese tecniche, inclusa la produzione della fotocamera astronomica più grande e sensibile mai costruita! Grande quanto una piccola automobile, con i suoi 3,2 miliardi di pixel sarà in grado di rilevare un ampio spettro di lunghezze d’onda, che vanno dall’ultravioletto all’infrarosso.

Inizialmente chiamato LSST (Large Synoptic Survey Telescope), l’osservatorio è stato infine battezzato Vera C. Rubin in onore dell’astrofisica americana scomparsa nel 2016, pioniera nello studio della materia oscura. È stato progettato con l’obiettivo di sollevare il velo sulla materia oscura e sull’energia oscura. Questi, sebbene invisibili, costituiscono il 96% dell’Universo, e rimangono i più grandi misteri dell’astronomia attuale.

Ancor prima di produrre le sue prime immagini, l’osservatorio sta già suscitando molto interesse nella comunità scientifica. “Questo è estremamente emozionante!” » si entusiasma Yashar Hezaveh, cosmologo e professore di fisica all’Università di Montreal. Con i suoi colleghi, tra cui il cosmologo Laurence Perreault-Levasseur, è già al lavoro per progettare metodi per analizzare i dati futuri.

Dal 2025 l’osservatorio avvierà un monitoraggio celeste senza precedenti: il Indagine legacy di spazio e tempo. Ogni 3 o 4 notti, per un decennio, produrrà un’indagine completa del cielo dell’emisfero australe. La sua fotocamera appositamente progettata per rilevare oggetti che cambiano luminosità o posizione (come le supernove) fungerà da vero orologio astrale. Emetterà un avviso per segnalare eventuali cambiamenti: prevediamo più di 10 milioni a notte!

“Prima potevamo tracciare oggetti abbastanza piccoli, come una stella o una galassia distante. Ma non era disponibile alcuna indagine del cielo su larga scala”, spiega Yashar Hezaveh.

Come Vera Rubin prima di lui, questo ricercatore è particolarmente interessato alla materia oscura, questa sorta di colla invisibile che tiene insieme le galassie. In particolare, spera di mapparne la distribuzione per saperne di più sulle sue proprietà fondamentali.

Ma studiare la materia oscura richiede una certa dose di creatività: poiché non interagisce con la luce, non è rilevabile dai nostri strumenti di misurazione. Sappiamo però che ha massa, quindi che esercita effetti gravitazionali su ciò che lo circonda. E questi sono gli effetti che monitoriamo.

La fotocamera astronomica più grande del mondo è dotata di sei filtri che possono essere cambiati automaticamente da 5 a 15 volte a notte. Foto: Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory

Aiuto dalle lenti

Quindi, per mapparlo, dobbiamo osservarne gli effetti sulla luce utilizzando “lenti gravitazionali”. Questi ultimi sono corpi celesti massicci, come le galassie, il cui campo gravitazionale devia la luce emessa da una sorgente lontana dalla sua traiettoria. Risultato: quando osserviamo una sorgente luminosa attraverso una “lente galattica”, non vediamo un’unica immagine, ma diverse immagini distorte, disposte in un alone luminoso chiamato “anello di Einstein”.

Tuttavia, anche la materia oscura contenuta in una galassia lente esercita un effetto gravitazionale sulla luce. Lascia un’impronta molto distinta sull’anello di Einstein, che ci permette di dedurne la distribuzione nella galassia.

Il problema è che è molto improbabile trovare una galassia lensing: l’allineamento tra la sorgente luminosa, la galassia e il telescopio deve essere perfetto. In genere, è necessario scansionare un milione di galassie per trovarne solo una. “Finora sono state identificate solo poche centinaia di lenti gravitazionali. Ma con questo osservatorio e le sue indagini ricorrenti, prevediamo di identificarne quasi 200.000! » esclama Yashar Hezaveh.

Le immagini degli anelli di Einstein ottenute utilizzando le nuove lenti gravitazionali permetteranno al team dell’Università di Montreal anche di stimare il tasso di espansione dell’Universo, un tema molto caldo in cosmologia. L’energia oscura, la forza che accelera l’espansione del cosmo, sarà studiata da altri team grazie alle numerose supernove che verranno rilevate dalla telecamera: queste “candele” permettono di calcolare con precisione le distanze astronomiche e quindi l’espansione del cosmo Universo.

La sfida dell’analisi

Per vagliare la montagna di dati che verranno generati, il team dell’Università di Montreal utilizza ora l’intelligenza artificiale (AI). E grazie all’esperienza del Quebec nel campo dell’intelligenza artificiale, il team è in una buona posizione per perfezionare i metodi digitali necessari per i calcoli.

Si prevede che in dieci anni l’Osservatorio Vera C. Rubin produrrà 60 petabyte di dati (ci vorrebbero circa 70.000 laptop per archiviarli tutti!). Chissà cosa potrebbe rivelare una tale quantità di informazioni? “I dati saranno un po’ come uno scrigno del tesoro per astronomi e cosmologi”, conclude filosoficamente Yashar Hezaveh. Noi studiamo [la matière noire], un noto sconosciuto. Ma credo che le scoperte più interessanti riguarderanno le incognite… le incognite! »

Ampia vista della montatura del telescopio, all’interno della cupola. Foto: H. Stockebrand/RubinObs/NSF/AURA

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