La fotocamera che trasformerà la nostra comprensione dell'universo / cosmo

C'è un mistero nel cuore della fisica. Due decenni fa, nel 1998, i cosmologi scoprirono che l'universo non si stava espandendo solo - una scoperta dei primi anni del XX secolo - ma che la velocità con cui si sta espandendo sta diventando più veloce.

Non era quello che si aspettavano di trovare, ma aveva un senso. Se l'espansione dell'universo sta accelerando, ci deve essere una causa; non sapendo esattamente che cosa fosse, i fisici la chiamavano "energia oscura". In teoria, l'energia oscura interagisce attraverso la gravità, si diffonde in modo omogeneo attraverso l'universo e non è particolarmente densa. Se totalizzi tutte le forze che compongono l'universo, rappresenterebbe il 68,3 percento di materia ed energia.

Conto per l'energia oscura, e certe teorie della fisica iniziano a fare clic. Aiuta a spiegare la velocità con cui le galassie ruotano e rivela un'età più ragionevole dell'universo - senza l'energia oscura, gli scienziati hanno scoperto che alcune stelle erano presumibilmente più antiche dell'universo nel suo insieme. Ma quasi 20 anni dopo questa scoperta, i fisici ne sanno ancora solo un po '. Per saperne di più, scienziati di dozzine di istituzioni in 23 paesi hanno lavorato insieme per creare il Large Synoptic Survey Telescope, una gigantesca fotocamera digitale che ha il potere di catturare la luce di diversi miliardi di deboli galassie, a milioni di anni luce di distanza..

"Tutti i telescopi esistenti con telecamere sono stati costruiti prima della scoperta dell'energia oscura", ha dichiarato Paul O'Connor, uno scienziato senior del Brookhaven National Laboratory. "Ci aspettiamo che l'LSST possa mappare l'intero cielo e scoprire dove si è nascosta tutta quella materia oscura." O'Connor ha lavorato sui sensori delle telecamere del progetto per più di dieci anni, e al festival Total Eclipse di Atlas Obscura di Domenica, ha spiegato come il telescopio, quando entra in funzione su una montagna in Cile, potrebbe trasformare la nostra comprensione fondamentale dell'universo.

Per millenni, scienziati e studiosi hanno guardato il cielo notturno e hanno registrato le loro impressioni con la migliore tecnologia disponibile. A partire dal XIX secolo, * con l'avvento della fotografia, gli astronomi hanno iniziato a fotografare le stelle e altri fenomeni celesti; nel 1851, un dagherrotipista, Johann Julius Berkowski, scattò la prima foto di un'eclissi solare. Negli anni '20, Edwin Hubble usò quello che era allora il più grande telescopio del mondo per stabilire che le nebulose a spirale erano intere altre galassie, milioni di anni luce distanti dal nostro. La comprensione umana dello spazio è cambiata; abbiamo visto per la prima volta l'estensione dello spazio vuoto, "punteggiato da questi assemblaggi a forma di disco di stelle, centinaia di miliardi di stelle, che sono le galassie", come dice O'Connor.

Negli anni '70, gli scienziati dei Bell Labs crearono una tecnologia che utilizzava un "dispositivo ad accoppiamento di carica" per catturare le luci come immagini digitali. Nel 1981, l'astrofotografo Jim Gunn utilizzò una camera CCD per creare un'immagine da 500 a 500 pixel di un debole ammasso stellare. Chiamò quella macchina fotografica come un "dispositivo quasi perfetto". Questa stessa tecnologia, raffinata, è quella che ha dato il via alla rivoluzione nelle fotocamere di fascia consumer e ci ha fornito le incredibili immagini dell'universo catturate dal Telescopio Hubble e da altri strumenti. Oggi ci sono dozzine di enormi telescopi, con telecamere CCD di prima qualità. La domanda per il team che costruisce l'LSST, dice O'Connor, è: "Perché stiamo andando a creare un altro?" Che cosa farà l'LSST a quelle telecamere esistenti??

Se guardassi il cielo in una notte buia, potresti vedere 2.500 stelle con i tuoi occhi umani. L'LSST vedrebbe un miliardo di stelle, ha detto O'Connor questo fine settimana, e quelle stelle sarebbero state superate in numero di galassie lontane, tre a uno. Il campo visivo della telecamera è di dieci gradi quadrati, circa le dimensioni di un centesimo, tenuto alto fino al cielo. "Ogni fotografia che prendiamo di quella dimensione del cielo ci porta un altro milione di galassie", ha detto O'Connor.

Uno dei compiti dell'LSST è quello di esaminare quante più di queste galassie, nel modo più ampio possibile, in una regione di cielo.

Quando l'LSST entrerà in funzione, previsto per il 2020, passerà un decennio a scandire il cielo, ancora e ancora. Più di 3.000 notti, lo strumento scansionerà e catturerà ogni macchia di cielo un migliaio di volte. "Realizzeremo davvero un film sull'universo", ha detto O'Connor. L'LSST è stato appositamente progettato per renderlo possibile, ha un campo visivo relativamente ampio, può scansionare rapidamente ogni piccola sezione del cielo e può guardare in profondità nelle profondità dell'universo, per catturare le galassie più deboli e lontane.

Con le informazioni raccolte, i cosmologi sperano di iniziare a capire meglio l'energia oscura, la forza che sta causando a quelle lontane galassie di allontanarsi da noi ad un ritmo sempre crescente. Questa linea di ricerca ha il potenziale per trasformare il campo della fisica. "L'accelerazione dell'universo è, insieme alla materia oscura, il fenomeno osservato che dimostra più direttamente che le nostre teorie di particelle fondamentali e gravità sono incomplete o errate", scrisse la Dark Energy Task Force nel 2006. Guardando queste galassie lontane e capire di più su come si muovono, gli scienziati possono sbloccare verità fondamentali sulla natura del tempo, dello spazio, della materia e delle forze che tengono insieme il nostro mondo, che finora sono sfuggiti alla nostra comprensione.

Questa è la ragione per cui stanno costruendo l'LSST. Uno dei motivi, almeno.

*Correzione: Una versione precedente di questa storia ha dato il secolo sbagliato per l'avvento della fotografia. La prima fotografia fu scattata all'inizio del XIX secolo, non nel XVIII secolo.