I ricercatori della Swinburne University of Technology hanno contribuito a: studio fondamentale che complica la nostra comprensione dell’universo.
Un esempio di supernova scoperta dalla Dark Energy Survey all’interno del campo coperto da uno dei singoli rilevatori della Dark Energy Camera. La supernova è esplosa in una galassia a spirale con spostamento verso il rosso = 0,04528, distante circa 0,6 miliardi di anni luce. Questa è una delle supernove più vicine nel campione. Nel riquadro, la supernova è un piccolo punto in alto a destra del centro luminoso della galassia. Credito immagine: collaborazione DES
IL Sondaggio sull’energia oscura (DES) rappresenta il lavoro di oltre 400 astrofisici, astronomi e cosmologi provenienti da oltre 25 istituzioni.
Gli scienziati del DES hanno raccolto dati per 758 notti in sei anni per comprenderne il funzionamento natura dell’energia oscura e misurare il tasso di espansione dell’universo. Secondo una nuova e complessa teoria, la densità dell’energia oscura nell’universo potrebbe essere variata nel tempo.
La dottoressa Anais Möller del Centro di astrofisica e supercalcolo della Swinburne University of Technology faceva parte del team che lavorava su questa analisi rivoluzionaria, insieme a Mitchell Dixon di Swinburne, al professor Karl Glazebrook e al professore emerito Jeremy Mould.
“Questi risultati, frutto della collaborazione tra centinaia di scienziati in tutto il mondo, testimoniano la forza della cooperazione e il duro lavoro volti a realizzare importanti progressi scientifici”, afferma Dottor Möller.
“Sono molto orgoglioso del lavoro che abbiamo realizzato come squadra; è un’analisi incredibilmente approfondita che riduce le nostre incertezze a nuovi livelli e mostra la potenza del Dark Energy Survey”.
“Non solo abbiamo utilizzato dati all’avanguardia, ma abbiamo anche sviluppato metodi pionieristici per estrarre il massimo delle informazioni dalla Supernova Survey. Di questo sono particolarmente orgoglioso, poiché ho sviluppato con il machine learning il metodo per selezionare le supernove utilizzate per il rilievo”.
Nel 1998, gli astrofisici hanno scoperto che l’universo sta accelerando, attribuito a un’entità misteriosa chiamata energia oscura che costituisce circa il 70% del nostro universo. All’epoca gli astrofisici concordavano sul fatto che l’espansione dell’universo avrebbe dovuto rallentare a causa della gravità.
Questa scoperta rivoluzionaria, che gli astrofisici hanno ottenuto con l’osservazione di specifici tipi di stelle in esplosione, chiamate tipo Ia (leggi “tipo uno-A”) supernovaeè stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2011.
Ora, 25 anni dopo la scoperta iniziale, il Dark Energy Survey è il culmine di un decennio di ricerche da parte di scienziati di tutto il mondo che hanno analizzato più di 1.500 supernove utilizzando i più forti vincoli sull’espansione dell’universo mai ottenuti. Si tratta del numero più alto di supernovae di tipo Ia mai utilizzato per limitare l’energia oscura da una singola indagine che sonda grandi tempi cosmici.
I risultati ottenuti sono coerenti con il modello cosmologico ormai standard di un universo con un’espansione accelerata. Tuttavia, i risultati non sono sufficientemente definitivi da escludere un modello forse più complesso.
“C’è ancora molto da scoprire sull’energia oscura, ma questa analisi può essere considerata per un bel po’ di tempo il gold standard nella cosmologia delle supernovae”, afferma il dott. Moller.
“Questa analisi introduce anche metodi innovativi che verranno utilizzati nella prossima generazione di sondaggi, quindi stiamo facendo un passo avanti nel modo in cui facciamo scienza. Sono entusiasta di scoprire di più sul mistero dell’energia oscura nel prossimo decennio”.
Pioniere di un nuovo approccio
Il nuovo studio ha aperto la strada a un nuovo approccio all’uso della fotometria – con quattro filtri senza precedenti – per trovare le supernove, classificarle e misurare le loro curve di luce. Il dottor Möller ha creato il metodo per selezionare queste supernovae di tipo Ia utilizzando il moderno apprendimento automatico.
“È un momento molto emozionante vedere questa tecnologia innovativa sfruttare la potenza delle grandi indagini astronomiche”, afferma. “Non solo siamo in grado di ottenere più supernovae di tipo Ia rispetto a prima, ma abbiamo testato questi metodi a fondo perché vogliamo effettuare misurazioni più precise sulla fisica fondamentale del nostro universo”.
Questa tecnica richiede dati provenienti da supernovae di tipo Ia, che si verificano quando una stella morta estremamente densa, nota come nana bianca, raggiunge una massa critica ed esplode. Poiché la massa critica è quasi la stessa per tutte le nane bianche, tutte le supernovae di tipo Ia hanno approssimativamente la stessa luminosità effettiva e qualsiasi variazione rimanente può essere calibrata. Quindi, quando gli astrofisici confrontano la luminosità apparente di due supernove di tipo Ia viste dalla Terra, possono determinare le loro distanze relative da noi.
Gli astrofisici tracciano la storia dell’espansione cosmica con grandi campioni di supernovae che coprono un’ampia gamma di distanze. Per ogni supernova, combinano la sua distanza con una misurazione del suo spostamento verso il rosso, ovvero la velocità con cui si allontana dalla Terra a causa dell’espansione dell’universo. Possono usare quella storia per determinare se la densità dell’energia oscura è rimasta costante o è cambiata nel tempo.
I risultati hanno trovato w = –0,80 +/- 0,18 usando solo le supernovae. Combinato con i dati complementari del telescopio Planck dell’Agenzia spaziale europea, w raggiunge –1 all’interno delle barre di errore. Per giungere ad una conclusione definitiva, gli scienziati avranno bisogno di più dati utilizzando una nuova indagine.
I ricercatori del DES hanno utilizzato tecniche avanzate di apprendimento automatico per facilitare la classificazione delle supernova. Tra i dati provenienti da circa due milioni di galassie distanti osservate, DES ha trovato diverse migliaia di supernovae. Alla fine gli scienziati hanno utilizzato 1.499 supernovae di tipo Ia con dati di alta qualità, rendendolo il campione di supernova più grande e profondo mai raccolto da un singolo telescopio. Nel 1998, gli astronomi vincitori del Nobel hanno utilizzato solo 52 supernovae per determinare che l’universo si sta espandendo a un ritmo accelerato.
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