Alla ricerca dell’energia oscura

Poco più di un anno fa, a luglio del 2023, da Cape Canaveral, la mitica base della Nasa, si è levato in volo un vettore di Space X, il Falcon 9, per portare in orbita la missione Euclid dell’Agenzia spaziale europea (Esa). Era la prima volta che l’impresa del magnate Elon Musk, e futuro ministro di Trump, portava in orbita una missione europea.
Si tratta di una missione ambiziosa, che vuole mappare un terzo del cielo per scoprire i segreti più intimi dell’universo. Dotata di una camera di 600 megapixel sensibile alla luce visibile e di uno spettrometro per il vicino infrarosso, ora si trova a circa un milione e mezzo di chilometri dalla terra, in un punto chiamato L2 che ha la caratteristica di essere in equilibrio gravitazionale fra la terra e il sole. Obiettivo della missione è misurare quanto si allontanano da noi i miliardi di galassie di cui è costituito l’universo, e cercare di raccogliere nuove informazioni per capirci qualcosa si più su energia e materia oscura.
La cosmologa Valeria Pettorino è la responsabile del progetto ed era alla conferenza Falling Walls a Berlino, qualche giorno fa, per presentare i primi spettacolari risultati.

La prima domanda è d’obbligo: cos’è l’energia oscura?
È una domanda importantissima, per la quale però purtroppo al momento non abbiamo risposte. Abbiamo molte teorie e stiamo accumulando molti dati per cercare di capirlo tramite Euclid. Le teorie ci dicono che potrebbe essere una particella, potrebbero essere tante particelle, potrebbe essere anche una nuova forza che modifica la gravità, come descritta da Einstein nella relatività generale. Potrebbe essere qualcosa che davvero cambia le leggi fondamentali della fisica. L’unica cosa che sappiamo con certezza è che quella energia sta accelerando l’espansione dell’universo. È sempre più veloce e questo non è possibile con la materia normale, con gli atomi che formano il mondo che noi conosciamo e noi stessi. Ci deve essere qualcos’altro che si oppone alla forza gravitazionale e accelera l’espansione.

Ci può raccontare questa missione Euclid?
È una missione guidata dall’Agenzia spaziale europea, che ha messo insieme una grande collaborazione di più di tremila persone, tra persone che lavorano nell’industria e in tante università nel mondo. Gli obiettivi sono proprio di cercare di rispondere a queste domande: qual è la natura dell’energia oscura? Qual è la natura della materia oscura? Tutte insieme, materia e energia oscura, rappresentano sorprendentemente il 95% dell’energia totale dell’universo. Euclid cercherà risposte osservando come le galassie e gli ammassi di galassie si formano nel tempo e ricostruendo come sono disposte nello spazio, e negli ultimi 10 miliardi di anni. Realizzerà la mappa più grande che abbiamo del cielo, con una risoluzione incredibile e osservando un terzo del cielo, cioè in pratica tutto il cielo al di là del piano galattico. Questo nell’arco di sei anni in totale. È un tempo breve per eseguire una mappa dell’universo! Euclid ha questa caratteristica, infatti: è molto veloce e allo stesso tempo riesce a vedere con una grande risoluzione dei dettagli che non avevamo mai visto prima.

Vale la pena di sottolinearlo: tutto quello che noi osserviamo, tutto quello che ci possiamo immaginare costituisce solo il 5% di quello che è l’universo.

Esatto, questo è quello che al momento ci dicono i dati che abbiamo già, frutto di osservazioni precedenti. Gli atomi, la materia che forma noi e anche le stelle, costituisce solo il 5% dell’universo. Il resto è sotto forma di materia oscura, circa il 25%, e di energia oscura, che è circa il 70% dell’energia dell’universo.

Quindi, siamo ignoranti per il 95% di tutto.
Sicuramente sì. C’è una parte molto ampia dell’universo che non conosciamo e se pensiamo a quanto è vasta e varia la parte che conosciamo, quel 5 per cento fatto di tantissime particelle, forze diverse, chissà cosa si nasconde dietro al restante 95 per cento.

In che modo esattamente Euclid è capace di aprire un piccolo squarcio in questo 95% di buio che abbiamo rispetto a come è fatto l’universo?
Euclid ha la capacità di misurare degli effetti estremamente piccoli che però determinano come la materia è distribuita nello spazio e nel tempo. Mediante questa mappa, riesce a ricostruire come le galassie si sono formate e allo stesso tempo misura il lensing gravitazionale, cioè la deformazione della luce che ci arriva dalle galassie più lontane che osserviamo. La loro immagine viene deformata se c’è della materia oscura frapposta. E il processo mediante cui le galassie e gli ammassi di galassie si formano avviene più o meno lentamente a seconda della natura dell’energia oscura. Quindi, dall’osservazione di miliardi di immagini di galassie e dalla distanza di queste galassie riusciamo a ricostruire l’espansione dell’universo e le proprietà dell’energia oscura e della materia oscura, che agisce come una lente deviando la luce.

Pertanto, grazie alle teorie della fisica, Euclid riuscirà contemporaneamente a stabilire caratteristiche della materia oscura e dell’energia oscura?
La cosa importante è riuscire a capire, data una teoria, quali sono le previsioni osservabili di quella teoria, così che possano poi essere confrontate con i dati attraverso una serie di simulazioni. Dobbiamo fare questo per tante teorie, per molti diversi valori dei parametri in queste teorie, e da qui riusciremo a capire qual è quella che meglio descrive i dati che stiamo osservando.
Ci sono già alcune immagini pubbliche disponibili, anche se ancora i dati sono ancora in via di elaborazione.
Ci sono dieci immagini pubbliche, che si trovano sulla pagina dell’Esa. Si possono ingrandire e scoprire dettagli davvero incredibili. In una delle immagini, ci sono 300mila sorgenti tra stelle, galassie, nuove stelle che si formano. Solo queste dieci immagini fanno vedere quanto l’universo è dinamico, si muove. Non c’è niente di fisso, di fermo. Possiamo vedere galassie con forme diverse, alcune che fanno merging, cioè interagiscono tra di loro, possiamo vedere nuove stelle che si formano. E poi guardare sia nell’universo profondo, con un campo di vista molto largo, sia arrivare al dettaglio di sorgenti poco luminose o addirittura di pianeti della massa di qualche volta la taglia di Giove. Sono dettagli impressionanti. Abbiamo anche rilasciato un video che corrisponde a un’immagine di più di 200 gigapixel, con un mosaico di osservazioni ottenute nell’arco di due settimane. Tale immagine rappresenta solo l’1% della mappa che Euclid riuscirà a fare in 6 anni. E questo 1% già contiene oltre 100 milioni di sorgenti tra stelle e galassie, ben al di là della nostra Via Lattea.

Questa è la prima missione dell’Esa messa in orbita dal magnate Elon Musk con la sua Space X. Qual è il futuro di questa collaborazione?
Nel nostro caso è stato importante come sostegno per poter lanciare il satellite. Il piano non era questo. Doveva essere lanciato da un satellite Suyuz russo, ma poi c’è stata la guerra: gli gli esseri umani riescono a fare cose incredibili nello spazio, ma poi anche altre cose sulla terra. Il piano è cambiato, c’è stato molto lavoro per cercare di trovare un’alternativa che potesse garantire che il satellite venisse lanciato il più presto possibile. Questo per fortuna è stato di successo. Sarà infine l’Agenzia spaziale europea quella che dovrà valutare per le future missioni.

Per concludere: cosa la farà saltare dalla sedia rispetto alle scoperte che potrebbe fare questo satellite?
Ho lavorato per molti anni sull’energia oscura e sulle modifiche della gravità. Quindi di sicuro sarò estremamente interessata a vedere se l’energia oscura è una nuova forza, se è qualcosa che modifica la gravità o anche solo se cambia nel tempo e nello spazio, rispetto al modello più semplice che invece pensa a una costante cosmologica. Però sono anche interessata a vedere cose nuove, cioè che non abbiamo mai visto. Con il numero strabiliante di osservazioni che Euclid è in grado di fare con grande risoluzione, possiamo aspirare a vedere fenomeni rari e anche cose alle quali non abbiamo mai pensato. Sarà veramente qualcosa da cercare all’interno di una quantità di dati incredibili che probabilmente verranno studiati per i prossimi decenni.