Un’illustrazione mostra una scansione TC dell’universo con “fette” del cosmo mentre si evolve. Una potente combinazione di dati provenienti da due indagini astronomiche molto diverse ha permesso ai ricercatori di costruire una “scansione TC cosmica” dell’evoluzione dell’universo. Questi scatti rivelano che, man mano che forze come la gravità hanno rimodellato l’universo, quest’ultimo è diventato meno grumoso. In altre parole, l’universo è diventato più complicato del previsto. Il team dietro questi risultati ha utilizzato il sesto e ultimo rilascio di dati dal Telescopio Cosmologico di Atacama (ACT) in combinazione con i dati del primo anno dello Strumento Spettroscopico di Energia Oscura (DESI) per raggiungere queste conclusioni. Questa potente combinazione di dati ha permesso ai ricercatori di stratificare il tempo cosmico, simile a sovrapporre fotografie cosmiche antiche a immagini recenti dell’universo, creando una prospettiva multidimensionale del cosmo. “Questo processo è come una scansione TC cosmica, dove possiamo guardare attraverso diverse fette della storia cosmica e tracciare come la materia si è raggruppata in epoche diverse,” ha detto in una dichiarazione Mathew Madhavacheril dell’Università della Pennsylvania, co-leader del team. “Ci dà uno sguardo diretto su come l’influenza gravitazionale della materia è cambiata nel corso di miliardi di anni.”
Per costruire questa cosiddetta scansione TC dell’universo, il team ha dovuto rivolgersi alla luce che esiste quasi da tanto tempo quanto il cosmo stesso. Con una luce così antica, è possibile tracciare i cambiamenti che l’universo ha subito mentre la gravità lo rimodellava per circa 13,8 miliardi di anni. “ACT, coprendo circa il 23% del cielo, dipinge un quadro dell’infanzia dell’universo utilizzando una luce distante e debole che viaggia dal Big Bang,” ha detto in una dichiarazione Joshua Kim, co-leader del team e ricercatore laureato nel gruppo Madhavacheril. “Formalmente, questa luce è chiamata Fondo Cosmico a Microonde (CMB), ma a volte la chiamiamo semplicemente la foto del bambino dell’universo perché è uno scatto di quando aveva circa 380.000 anni.”
Il CMB è la luce residua di un evento avvenuto poco dopo il Big Bang chiamato “ultima dispersione”. Questo è avvenuto quando l’universo si era espanso e raffreddato abbastanza da permettere agli elettroni e ai protoni di formare i primi atomi neutri di idrogeno. La scomparsa degli elettroni liberi significava che i fotoni, cioè le particelle di luce, erano liberi di viaggiare senza essere continuamente dispersi. In altre parole, l’universo è passato improvvisamente dall’essere opaco all’essere trasparente. Oggi, quella prima luce è vista come il CMB, noto anche come la “superficie dell’ultima dispersione”. Un’immagine del CMB scattata dal telescopio Planck mostra piccole variazioni che possono essere rivelatrici per i cosmologi.
Sebbene spesso descritto come un “fossile cosmico”, il CMB non è rimasto completamente invariato per miliardi di anni. L’espansione dell’universo ha causato lo spostamento dei suoi fotoni verso lunghezze d’onda più lunghe e la perdita di energia. La sua temperatura è ora uniforme a meno 454 gradi Fahrenheit (meno 270 gradi Celsius). Poiché la massa deforma il tessuto dello spaziotempo, dando origine alla gravità, la luce del CMB si è deformata mentre viaggiava oltre strutture grandi, dense e pesanti come gli ammassi di galassie. Questo è simile a guardare un motivo a griglia sul fondo di una piscina vuota e notare la distorsione causata dall’aggiunta di acqua. Questo processo è noto come “lente gravitazionale”. Albert Einstein lo suggerì per la prima volta come parte della sua teoria della gravità, la relatività generale.
Notando come il CMB si è deformato e distorto nel tempo, gli scienziati possono apprendere molto sull’evoluzione della materia nel corso di miliardi di anni.
Mentre i dati ACT catturano un’istantanea del CMB nelle sue foto da bambino cosmico, DESI fornisce agli scienziati un record più recente di un universo “adulto”. DESI lo fa mappando la struttura tridimensionale dell’universo, ottenuta mappando la distribuzione di milioni di galassie, in particolare galassie rosse luminose (LRG). Utilizzando queste galassie come “punti di riferimento cosmici”, gli scienziati possono ricostruire come la materia si è dispersa nel tempo cosmico. “Le LRG di DESI sono come una foto più recente dell’universo, che ci mostra come le galassie sono distribuite a distanze variabili,” ha detto Kim. “È un modo potente per vedere come le strutture si sono evolute dalla mappa del CMB a dove si trovano le galassie oggi.”
Mettere insieme le mappe di lente gravitazionale del CMB di ACT e i dati LRG di DESI è come sfogliare un album fotografico che mostra lo sviluppo di un bambino fino a un adulto, ma per il cosmo. Sfogliando questo album fotografico cosmico, il team ha notato una piccola discrepanza. La “grumosità” della materia che il team ha calcolato nelle epoche successive del cosmo non corrisponde alle previsioni teoriche. Sebbene la discrepanza non sia abbastanza grande da suggerire che siano in gioco nuove fisiche, suggerisce che le strutture cosmiche non si sono evolute esattamente come suggerirebbero i modelli dell’universo primordiale. I risultati suggeriscono anche che la crescita strutturale dell’universo potrebbe essersi rallentata in modi che i modelli attuali non spiegano completamente. “Quello che abbiamo trovato è che, per la maggior parte, la storia della formazione delle strutture è notevolmente coerente con le previsioni della gravità di Einstein,” ha detto Madhavacheril. “Abbiamo visto un accenno di una piccola discrepanza nella quantità di grumosità prevista nelle epoche recenti, circa quattro miliardi di anni fa, che potrebbe essere interessante da approfondire.”
I ricercatori dietro questo lavoro intendono continuare questa linea di indagine, ma utilizzando telescopi più potenti in arrivo, che dovrebbero fornire loro misurazioni più precise. La ricerca del team è stata pubblicata il 10 dicembre 2024 nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.