I cosmologi hanno tracciato la mappa della struttura dell'universo più grande finora realizzata e l'hanno trovano meno "grumoso" rispetto alle precedenti indagini.

I nuovi risultati, ottenuti nell'ambito del progetto DES (Dark Energy Survey), hanno tracciato la distribuzione della materia anche attraverso la misurazione del modo in cui la massa piega la luce, un effetto noto come lente gravitazionale.

Nella sua infanzia, quasi 14 miliardi di anni fa, l'universo era estremamente liscio, con la materia distribuita uniformemente, ma da allora la massa si è aggregata in galassie, nuvole di gas e altre strutture. I dati pubblicati dal team di DES il 3 agosto suggeriscono che la formazione di aggregazioni è avvenuta più lentamente di quanto indicato dalle stime precedenti, che si basavano sulle immagini dell'universo primordiale realizzate misurando il fondo cosmico a microonde, il bagliore residuo del big bang.

La differenza nei risultati prodotti con le due tecniche è ancora all'interno dei margini di errore di entrambi i gruppi di misurazioni, affermano i responsabili dello studio. Anche uno studio di rilevazione gravitazionale più piccolo realizzato lo scorso anno, il Kilo Degree Survey (KiDS), ha trovato un'analoga discrepanza.

In ogni caso, i risultati dimostrano che DES sta raggiungendo livelli di precisione che lo rendono competitivo con le indagini sul fondo a microonde, incluse quelle del satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea (ESA), afferma il coordinatore dello studio Joshua Frieman, cosmologo al Fermi National Accelerator Laboratory a Batavia, in Illinois. "Crediamo che questi risultati non siano più il 'cugino povero' di altri studi", dice. "Ora abbiamo risultati che per la cosmologia hanno la stessa forza degli altri".

DES, una collaborazione di oltre 400 ricercatori, impiega la tecnica ancora giovane della lente gravitazionale debole usando il telescopio Blanco da 4 metri, che fa parte dell'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile.

Secondo la teoria della relatività generale di Albert Einstein, la massa deforma lo spazio, quindi una grande quantità di materia davanti a una galassia può piegarne la luce in un modo che la fa apparire leggermente schiacciata. E questo vale sia che la massa in primo piano sia costituita di materia oscura invisibile o di materia ordinaria. Le galassie possono spesso apparire oblunghe per altre ragioni, comprese la forme e l'orientamento effettivo; ma se molte galassie in una determinata regione del cielo appaiono in media deformate nella stessa direzione, è probabile che il colpevole sia una lente gravitazionale.

L'ultimo studio è basato sul primo anno di raccolta di dati, durante il quale DES ha mappato 26 milioni di galassie nel cielo meridionale, misurandone le forme apparenti. Il team ha quindi calcolato la quantità di lente gravitazionale in ogni parte del cielo per ricostruire la densità della materia. I risultati confermano quello che è oggi il modello standard della cosmologia, nel quale la materia ordinaria costituisce solo il 4 per cento del contenuto dell'universo. Ma i ricercatori hanno trovano una quantità leggermente inferiore di materia oscura - circa il 26 per cento - rispetto al 29 per cento indicato da Planck, mentre il resto sarebbe costituito dalla cosiddetta "energia oscura", che si pensa sia l'elemento che spinge il cosmo a espandersi a una velocità accelerata.

Le galassie e la materia oscura non si sparpagliano in modo uniforme in tutto l'universo ma si concentrano, sotto l'azione della gravità, in una struttura a rete di raggruppamenti e filamenti, tra i quali vi sono enormi vuoti. Il livello di concentrazione misurato da DES è inferiore del 7 per cento a quello previsto dal modello standard della cosmologia, basato sui dati di Planck relativi all'universo primordiale.

Se confermato, questo divario potrebbe significare che la massa si è aggregata a un ritmo inferiore rispetto al previsto, rivelando potenzialmente una nuova fisica. Per esempio, potrebbe indicare interazioni inaspettate tra materia oscura ed energia oscura, o nuovi tipi di neutrini.

La discrepanza tra il modello cosmologico standard e le nuove misure di aggregazione non è statisticamente grande, a una deviazione standard, anche se lo scorso anno l'indagine KiDS ha trovato una differenza di tre deviazioni standard tra i due valori.

I risultati di DES, che non sono ancora stati sottoposti a peer review, sono stati presentati il 3 agosto a una riunione dell'American Physical Society al Fermilab e gli autori hanno pubblicato sul loro sito un gruppo di 10 articoli.

Anche se le osservazioni cosmologiche degli ultimi decenni hanno mostrato una convergenza verso un quadro coerente, le osservazioni sull'aggregazione non sono le uniche ad aver fatto discutere i ricercatori. In particolare, dalle misure degli astronomi sembra che l'attuale espansione cosmica sia più veloce di quanto previsto in base ai dati di Planck. George Efstathiou, direttore dell'Istituto Kavli per la cosmologia di Cambridge, in Gran Bretagna, e membro delle collaborazioni Planck e DES, afferma che la discrepanza trovata da DES è potenzialmente più preoccupante di quella relativa all'espansione cosmica.

Ma il cosmologo Anthony Tyson, un pioniere dello studio delle lenti gravitazionali deboli che lavora all'Università della California a Davis, spera che quando DES avrà accumulato più dati, i suoi risultati si avvicineranno a quelli di Planck. "Credo siano stati molto attenti e conservativi nelle loro interpretazioni ", dice dell'indagine.

Nel complesso, i ricercatori sono eccitati dal fatto di disporre di un ulteriore strumento per sondare il cosmo in un dettaglio sempre maggiore. "La mia visione di tutte queste misurazioni è che sono stupefacenti prove del modello cosmologico, e la loro precisione e accuratezza continua a migliorare sempre e più", afferma l'astronomo Wendy Freedman dell'Università di Chicago.

L'ultima mappa si basa sul primo round di osservazioni di DES, iniziato nel 2013 e copre circa un trentesimo del cielo pieno, ed è tre volte più grande di una mappa preliminare dell'indagine pubblicata nel 2015. L'ultimo giro di rilevazioni, che si concluderà nel 2018, coprirà un decimo del cielo. I risultati potrebbero essere pubblicati nel 2020, dice Frieman. In definitiva, l'obiettivo del DES è quello di mappare una regione abbastanza grande per vedere come si è evoluta l'influenza dell'energia oscura sulla storia recente dell'universo.

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 3 agosto 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)