Un team internazionale di astronomi guidati da ricercatori dell’INAF presenta i primi risultati di un grande progetto che sta ricostruendo la struttura a grande scala dell’Universo quando questo aveva circa metà della sua età attuale. Misurando la distanza di 55.000 galassie con il VLT dell’ESO, i ricercatori hanno prodotto una mappa della distribuzione di materia con un’estensione e un dettaglio mai raggiunti prima a quest’epoca cosmica. Le prime analisi di queste mappe e il loro confronto con l’Universo odierno, forniscono tra le altre cose una misura del tasso di crescita delle strutture in accordo con le previsioni della Relatività Generale. Questo conferma la necessità di considerare la presenza di energia oscura per spiegare l’espansione accelerata dell’Universo che osserviamo oggi. Inoltre, il grande volume esplorato ha permesso già di ottenere la più precisa stima mai ottenuta dell’abbondanza di galassie di grande massa a quest’epoca.
Qual era la struttura dell’Universo nel passato? Com’erano distribuite le galassie che oggi osserviamo in gruppi, ammassi e filamenti che circondano grandi zone vuote, quando l’Universo era più giovane? E’ la crescita della struttura compatibile con le previsioni della Relatività Generale? E come sono evolute le galassie stesse, incastonate come gioielli luminosi nel reticolo cosmico di materia oscura? Sono tutte domande fondamentali per capire come siamo arrivati a ciò che osserviamo ora nello spazio intorno a noi. Domande che oggi cominciano ad avere risposte convincenti, grazie ai primi risultati scientifici realizzati nell’ambito del progetto VIPERS (VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey).
Il progetto è sviluppato da un team internazionale coordinato da ricercatori dell’INAF e utilizza lo spettrografo VIMOS installato al Very Large Telescope (VLT) dell’ESO per ricostruire la distribuzione spaziale delle galassie quando l’Universo aveva circa metà dell’età attuale, ovvero attorno a 7 miliardi di anni. La novità del progetto è nella combinazione senza precedenti delle dimensioni del volume esplorato e del dettaglio con cui la struttura a grande scale viene ricostruita. Misurando le distanze di circa 100.000 galassie in un volume di quasi due miliardi di anni-luce cubici se ne ricostruisce la distribuzione tridimensionale. I risultati presentati in una serie di articoli inviati alla rivista Astronomy&Astrophysics e pubblicati online su arxiv.org si basano sulle prime 55.000 galassie finora osservate. “È il primo traguardo di un lavoro iniziato nel 2008 e che richiederà altri 3 anni per essere completato” commenta Luigi Guzzo, dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, coordinatore generale del progetto.
Il primo e più spettacolare risultato fornito da questi dati è nelle mappe della distribuzione delle galassie basate sulle nuove misure di distanza che mostrano come già a quell’epoca l’Universo fosse organizzato in grandi strutture filamentose, che connettono gli ammassi di galassie e circondano ampie zone vuote. È il cosiddetto Cosmic Web, la ragnatela cosmica che i ricercatori spiegano come il risultato dell’amplificazione da parte della forza di gravità di piccole perturbazioni nell’Universo primordiale. La struttura è analoga a quella osservata nell’Universo più vicino a noi, ma rappresenta un fotogramma intermedio del film cosmico, scattato circa 7 miliardi di anni fa e per di più dettagliatissimo e molto esteso. Un fondamentale passo in avanti che ci permette di avere a disposizione, per la prima volta, una visione d’assieme dell’Universo a queste epoche. Grazie all’estensione di queste mappe, il team di VIPERS è stato in grado di produrre già con il campione attuale dei risultati che migliorano significativamente la nostra conoscenza sia delle proprietà globali della popolazione di galassie, sia della loro distribuzione spaziale a grande scala.
Il livello di disomogeneità alle diverse scale (galassie, ammassi di galassie, filamenti) è infatti strettamente legato alle proprietà delle componenti fondamentali dell’Universo. Quanta e quale materia oscura è necessaria per spiegare ciò che vediamo? Che cosa produce l’accelerazione dell’espansione che oggi osserviamo (la cui scoperta, ricordiamo, è valsa il Premio Nobel nel 2011)? È la cosiddetta energia oscura oppure in realtà stiamo usando una teoria non corretta per descrivere l’Universo su queste scale? Uno dei principali obiettivi di VIPERS riguarda proprio queste problematiche: il processo di aggregazione delle strutture sotto l’effetto della gravità produce dei moti ordinati delle galassie, che dipendono dal comportamento della gravità a grandi scale. Usando un metodo originariamente proposto da membri dello stesso team, uno dei lavori in fase di pubblicazione mostra che la distribuzione e le velocità delle galassie sono compatibili con le previsioni della Relatività Generale e confermano quindi la necessità di inserire una forma di energia oscura nelle relative equazioni, per spiegare l’espansione accelerata.
Nel contempo, VIPERS è stata progettata in modo da fornire un censimento completo della popolazione di galassie luminose entro il volume esplorato. In altre parole, oltre a ricostruire l’ambiente in cui le galassie si formano su grande scala, i dati di VIPERS permettono di risalire alle proprietà delle singole galassie distribuite lungo i filamenti e negli ammassi, ovvero informazioni preziose come la loro luminosità, il colore della loro luce e la massa totale delle stelle che le compongono. Un altro degli articoli in corso di pubblicazione presenta una misura molto precisa del numero di galassie di grande massa già presenti nell’Universo quando questo aveva 7 miliardi di anni. “Avere a disposizione queste informazioni per campioni di centinaia di migliaia di galassie – come sarà il caso di VIPERS al termine del progetto tra tre anni – permette di identificare nel dettaglio i processi e le leggi fisiche che ne regolano l’evoluzione, informazioni che possono essere fraintese se si usano campioni troppo piccoli e non rappresentativi di simili oggetti celesti” commenta Micol Bolzonella dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Bologna, che nel progetto coordina gli studi di evoluzione delle galassie. “Un po’ come succede quando una proiezione elettorale si basa su un gruppo di persone troppo piccolo e non rappresentativo della popolazione”. VIPERS permette un salto di qualità da questo punto di vista, portando la precisione delle misure ad un livello paragonabile a quello raggiunto nell’Universo locale.
