Nel suo formato originale, l'immagine qui sopra misura 3,2 gigapixel ed è la singola foto digitale più grande mai ottenuta: qualcosa di più grande esiste, ma si tratta di foto composite. È stata scattata per testare la rete di sensori che presto comporranno la più grande fotocamera digitale al mondo, che sarà montata sull'Osservatorio Vera Rubin, in Cile, che dovrebbe essere inaugurato nel 2022. Come la scienziata a cui è intitolato - Vera Rubin, l'astronoma statunitense scomparsa nel 2016 a cui dobbiamo la teoria dell'esistenza della materia oscura - questo strumento scruterà le galassie per ottenere informazioni sulla loro massa visibile e sulla frazione "mancante" di materia dell'Universo, chiamata appunto materia oscura.
Il primo soggetto fotografato non ha però proprio nulla di celeste: le intricate strutture del broccolo romanesco, apprezzate dai matematici per l'aspetto a frattali, sono state scelte proprio per la ricchezza di dettagli, e sono servite a testare la capacità dei sensori di mettere a fuoco oggetti vicini.
sguardo indagatore. L'osservatorio astronomico, che prima si chiamava Large Synoptic Survey Telescope, è attualmente in costruzione sul Cerro Pachon, a 2.660 metri di quota sulle Ande cilene. Userà uno specchio di 8,4 metri di diametro e una fotocamera da 3,2 miliardi di pixel per condurre uno studio decennale del cielo meridionale. Quando sarà completata e attaccata al telescopio, la fotocamera catturerà con ogni singola immagine una porzione di cielo pari a 40 Lune piene per un totale di 200.000 foto all'anno.
Ogni manciata di notti l'osservatorio genererà un panorama completo del cielo del sud, seguendo nel tempo l'evoluzione di 20 miliardi di galassie, anche per mettere alla prova i nostri modelli teorici sull'espansione dell'Universo, la materia e l'energia oscura. La qualità e la risoluzione degli strumenti permetteranno di vedere oggetti delle dimensioni di una pallina da golf a 25 km di distanza.
Prove generali. Per tutto questo servirà una fotocamera speciale, come quella attualmente in fase di test e assemblaggio presso il SLAC National Accelerator Laboratory in California, con un piano focale, ossia il piano dove viene messa a fuoco l'immagine, composto di 189 singoli sensori. Alcune componenti dell'osservatorio, come le lenti, non sono ancora state montate: pertanto l'immagine del broccolo romano da fotografare nel dettaglio è stata proiettata sulla rete di sensori usando una camera oscura (una scatola chiusa con un piccolo foro su un lato, vedi immagine qui sopra). La telecamera dovrebbe entrare pienamente in funzione alla fine del 2022, il broccolo invece non reggerà tanto a lungo.
La materia oscura si manifesta attraverso i suoi effetti gravitazionali: non la vediamo direttamente. Se non ci fosse non esisterebbero le galassie così come le conosciamo, le stelle vagherebbero per lo spazio e probabilmente non esisteremmo nemmeno noi.
È cinque volte più abbondante della materia ordinaria: non si "vede", ma se non ci fosse non ci sarebbero i suoi effetti gravitazionali. La sua natura è ignota, ma gli scienziati ritengono di essere vicini a una svolta per comprenderla: ecco la storia in cinque capitoli di questa caccia al tesoro scientifica.
Nell'immagine: mappa 3D della distribuzione di materia oscura, elaborata su misure del telescopio Hubble sulla distorsione gravitazionale debole (weak gravitational lensing), un metodo che permette di dedurre la massa di oggetti astronomici senza conoscere la loro composizione o il loro stato dinamico.
Foto: © NASA/ESA/Richard Massey (California Institute of Technology)
L'idea di una materia oscura (invisibile e di natura ignota) comincia a fare capolino nei calcoli degli scienziati nel 1933, quando l'astronomo Fritz Zwicky si rende conto che la forza di gravità esercitata dalla materia visibile negli ammassi galattici della Chioma e della Vergine non è sufficiente a tenerli insieme. Doveva quindi esserci qualcos'altro, qualcosa di non visibile ma in grado di esercitare l'attrazione gravitazionale "mancante" per fare quadrare i conti.
Nella foto: l'ammasso di galassie Abell 520, nella costellazione di Orione, è un mistero nel mistero. In base ai calcoli, in questa zona dell'Universo la materia oscura sarebbe concentrata nelle aree meno "popolate" di galassie, in contrasto con le nostre attuali conoscenze.
Foto: © NASA
La caccia alla materia oscura viene effettuata anche per via indiretta, per esempio studiandone gli effetti collaterali. Diversi esperimenti stanno cercando di osservare, in superficie e sottoterra, scontri tra WIMP e materia ordinaria.
Nella foto, IceCube: il gigantesco rivelatore di neutrini costruito in Antartide dai ricercatori dell'università del Winsconsin, composto da una miriade di sensori annegati in 1 km cubo di ghiaccio.
Foto: © University of Wisconsin
Gli scienziati cercano la materia oscura anche osservando i suoi effetti diretti, per esempio come la sua gravità sia in grado di deviare la luce, come in un grande prisma cosmico.
Un team di ricercatori del National Astronomical Observatory, in Giappone, sta analizzando queste deformazioni ottiche per creare la prima mappa della materia oscura, che dovrebbe essere completata entro il 2019 e che mostrerà come è distribuita la nell'Universo e con quale densità.
Nell'immagine: prime indicazioni sulla distribuzione della materia oscura in un piccolo arco di volta celeste, pubblicate dai ricercatori giapponesi all'inizio di luglio.
Foto: © National Astronomical observatory
L'individuazione della materia oscura sarà comunque solo un primo passo verso la comprensione di come funziona l'Universo. Secondo gli scienziati la combinazione di materia ordinaria e materia oscura riesce infatti a spiegare solo un 30% di ciò che c'è là fuori, nello spazio. Che cos'è il resto?
Potrebbe essere energia oscura, una forma di energia non direttamente rilevabile e sulla quale sappiamo ancora meno che sulla materia oscura. Sarà questa la prossima caccia al tesoro scientifica.
Nell'immagine: in questa elaborazione della NASA l'energia oscura è rappresentata dalla griglia viola e la gravità (con effetti evidenti ma localizzati) dalla griglia verde.
