Una fine e un inizio: ACT pubblica i suoi ultimi dati e guida la ricerca futura sul cosmo

C’è forse sempre un po’ di malinconia quando si chiude un capitolo che ci ha impegnato per anni. Nel caso dell’Atacama Cosmology Telescope (ACT), gli anni sono quasi 20 e ora il telescopio ha concluso il suo lavoro. Certe fini però sono anche inizi importanti che aprono strade maestre per tutta la comunità scientifica. I tre paper appena pubblicati sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) dalla collaborazione ACT descrivono e contestualizzano nel dettaglio la sesta e ultima major release di dati di ACT, forse la più importante, e segnano alcuni avanzamenti nella nostra conoscenza dell’evoluzione del cosmo e della sua condizione attuale.

I dati di ACT permettono infatti di stabilire alcuni punti chiave: il calcolo della costante di Hubble (ossia il numero che indica la velocità di espansione attuale dell’Universo, il “tachimetro” cosmico) ricavato a grandissime distanze cosmologiche è confermato e continua a essere molto diverso dal valore ottenuto nell’Universo vicino. Questo è allo stesso tempo un guaio e una grande scoperta: si conferma la tensione di Hubble, che mette alla prova il modello con cui comprendiamo l’Universo. Le osservazioni di ACT inoltre “bocciano” i cosiddetti modelli estesi, ovvero le proposte di alternative teoriche al modello standard con cui oggi descriviamo l’Universo. Un altro “guaio” perché così si restringe il campo delle possibilità, ma anche un nuovo, più pulito inizio. Insomma basta indirizzare le energie su questi modelli, la strada deve essere un’altra.

“Last but not least”, ACT offre nuove mappe di polarizzazione della “luce fossile” che completano le mappe di temperatura di Planck, con risoluzione molto più alta. “Se le confrontiamo, è un po’ come pulirsi gli occhiali”, è il commento di Erminia Calabrese, cosmologa della Cardiff University, membro della collaborazione ACT e coordinatrice di uno dei tre paper.

La sesta release dei dati di ACT è stata resa disponibile a marzo sotto forma di preprint e ora i tre paper ufficiali della collaborazione sono stati pubblicati su JCAP dopo un processo di peer review. ACT è gestito dalla collaborazione omonima, un consorzio internazionale di oltre 100 ricercatori provenienti da università e istituti di ricerca di tutto il mondo che ha firmato questi tre nuovi lavori.

Planck e ACT: Telescopi “fratelli” e complementari

“È la prima volta che un nuovo esperimento raggiunge le stesse potenzialità di Planck a livello di dati osservativi,” spiega Calabrese. 

Il satellite Planck, dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), è stato lanciato nel 2009 con l’obiettivo di mappare con altissima precisione la radiazione cosmica di fondo a microonde CBM (vedi box: Il fondo cosmico di microonde) che i cosmologi descrivono come la “luce fossile” del Big Bang, perché emessa nelle prime fasi di evoluzione del cosmo. Le sue osservazioni hanno permesso di ricostruire la composizione, l’età e la geometria dell’Universo primordiale. 

Planck è stato un progetto importantissimo, che però aveva alcune lacune, alcune delle quali oggi colmate dal lavoro di ACT. A differenza di Planck, che era un satellite in orbita, ACT è un telescopio a terra, situato a circa 5.000 metri nel deserto di Atacama, in Cile. Planck ha raccolto dati sulla temperatura della CMB, mentre ACT ha lavorato anche sulla polarizzazione della radiazione, soprattutto in quest'ultima release di dati.

Tensione cosmologica confermata

Uno dei risultati più importanti ottenuti sin qui da ACT è aver confermato uno dei maggiori “grattacapi” che impegnano oggi la comunità dei cosmologi: la cosiddetta tensione di Hubble. 

Semplificando molto: sappiamo che il nostro Universo si espande, e abbiamo calcolato la sua velocità di espansione attuale (abbiamo anche scoperto che questa espansione sta accelerando) sulla base delle osservazioni. Il problema è che questo calcolo, fatto usando dati provenienti da distanze cosmologiche lontanissime come la CMB, dà una velocità di espansione diversa da quella ricavata osservando oggetti celesti più vicini a noi. Si è pensato che potesse essere un errore di misurazione di Planck, ma i dati sulla CMB di ACT sono in accordo con i precedenti e rendono la discrepanza ancora più solida.

Certo, questo può sembrare un problema ancora più grande, ma in realtà è un’osservazione cruciale: gli scienziati ora sanno che c’è davvero un problema con il modello con cui comprendiamo l’Universo (vedi box:  Il modello ΛCDM), e non una semplice misurazione sbagliata.

Modelli estesi “bocciati”

Se non bastasse, ACT va ancora oltre nel dirci che “abbiamo un problema”. Nel corso degli ultimi decenni, proprio per via della tensione cosmologica, sono stati proposti modelli che prevedono alcune “aggiunte” al modello standard, nel tentativo di risolvere la discrepanza. 

In uno dei tre nuovi paper, coordinato da Calabrese, i principali di questi modelli estesi (“sono circa una trentina,” spiega la scienziata) sono stati messi alla prova con i nuovi dati. 

Il risultato? “Sono tutti andati,” ammette la scienziata, che ci tiene a precisare: “Li abbiamo guardati in maniera completamente indipendente. Non cercavamo di distruggerli, ma solo di studiarli. E il risultato è chiaro: le nuove osservazioni, alle nuove scale e nella polarizzazione, hanno praticamente tolto le possibilità di continuare a fare questo tipo di esercizio.”

Di nuovo: spazzare via una serie di teorie che provavano a risolvere un problema può non sembrare un risultato entusiasmante. “Questo limita un po’ il ‘parco giochi’ teorico,” ammette Calabrese. Ma è una buona notizia: significa fare pulizia, restringere il campo delle strade da percorrere e non disperdere più energie in quelli che sono evidentemente vicoli ciechi.

Mappe più nitide

Con quest’ultima release di ACT si è ottenuta anche un’immagine del cosmo “bambino” molto più nitida di quella offerta da Planck. “Questo dipende sia dal fatto che nel caso di ACT si è osservata la polarizzazione e non la temperatura, sia dal fatto che il diametro del telescopio è più grande — 6 metri contro il metro di Planck,” spiega Calabrese. Uno dei tre nuovi articoli riporta proprio questa nuova mappa, mentre il secondo, fra le altre cose, comprime queste mappe in spettri angolari (importanti per gli studi degli esperti).

Questo non significa affatto che i risultati di Planck siano ora superati. Al contrario, la vera importanza dei nuovi dati è che sono complementari a quelli precedenti e contribuiscono a un’immagine composita estremamente ricca.

La sesta e ultima release di ACT, lungi dall’essere un capitolo finale nella ricerca, rappresenta un nuovo importante inizio, che ci porterà, auspicabilmente, a comprendere meglio il nostro Universo e magari a risolvere alcuni grossi punti di domanda oggi ancora aperti. “Vogliamo che la comunità continui a usare ed esplorare questi dati,” spiega Calabrese. “Qui abbiamo presentato la prima interpretazione, sulla quale abbiamo grande expertise, visto il lungo lavoro portato avanti su questo strumento. Ora li consegniamo con piacere alla comunità per future e continue esplorazioni.”

Per approfondire: