Dark Energy Survey

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La Dark Energy Survey (DES) è una campagna osservativa quinquennale effettuata studiando la banda elettromagnetica nel vicino infrarosso e nel visibile finalizzata alla comprensione delle dinamiche di espansione dell'universo e della crescita della sua struttura a larga scala.[1] L'indagine è una collaborazione di istituti di ricerca e università degli Stati Uniti, [2]Brasile, [3]Regno Unito, Germania, Spagna e Svizzera.

L'indagine utilizza il Victor M. Blanco Telescope da 4 metri situato all'osservatorio Cileno di Cerro Tololo (CTIO). gestito dall'osservatorio statunitense NOAO. Il telescopio è dotato di una fotocamera (DECam, Dark Energy Camera)[4], che consente di ottenere immagini più sensibili nella parte rossa dello spettro visibile e nel vicino infrarosso, rispetto agli strumenti precedentemente usati.

DECam ha uno dei più ampi campi visivi (2,2 gradi di diametro) per la visualizzazione a terra nell'ottico e nell'infrarosso[4]. Lo studio osserverà 5.000 gradi quadrati di cielo meridionale per un'area compresa tra il South Pole Telescope e l'area Stripe 82 ripresa dalla SDSS (Sloan Sky Digital Survey) al fine di evitare l'influenza luminosa della Via Lattea. L'indagine richiede cinque anni di esplorazione con 10 riprese complete con cinque filtri ottici ( g , r, i, z , e Y )[5]. DES è iniziata ufficialmente nel mese di agosto 2013 e ha completato la sua seconda stagione a febbraio 2015.

Panoramica[modifica | modifica wikitesto]

La Dark Energy Survey indaga le dinamiche e la struttura a larga scala della dell'universo studiando quattro fenomeni sensibili a qualunque energia stia accelerando l'universo. Poiché ogni indagine considera una diversa grandezza osservabile, i risultati non saranno inficiati da identici errori di misurazione. I fenomeni oggetto di indagine sono: supernove di tipo IA, oscillazioni acustiche barioniche (BAO), numero di ammassi galattici[6] e lensing gravitazionale debole (la curvatura della luce dovuta alla gravità).

Le Supernove di tipo Ia si ritiene che siano esplosioni termonucleari che si verificano quando stelle nane bianche in sistemi binari acquisiscono massa dalle loro stelle compagne.[7] La luminosità di questi eventi consente agli astronomi di rilevarli anche a distanze molto grandi. Il tasso di espansione dell'universo può essere ricavato sulla base di osservazioni della distanza di luminosità e dello spostamento verso il rosso delle supernova lontane di tipo IA. Gli altri riferimenti (BAO , ammassi di galassie e lensing debole) utilizzati dalla DES permettono agli scienziati di comprendere simultaneamente l'espansione dell'universo e l'evoluzione delle perturbazioni della densità dei campi di materia oscura. Tali perturbazioni erano intrinsecamente legate alla formazione di galassie e cluster di galassie. Il modello standard cosmologico presuppone che le fluttuazioni quantistiche della densità di campo dei vari elementi che erano presenti quando il nostro universo era molto giovane sono state rafforzate attraverso una rapidissima espansione chiamata inflazione. Il collasso gravitazionale ha modificato queste fluttuazioni iniziali quando la materia barionica è entrata nel campo gravitazionale potenziale delle regioni più dense di spazio per formare le galassie. Tuttavia, il tasso di crescita di questi aloni di materia oscura è sensibile alle dinamiche dell'espansione dell'universo e la DES utilizzerà questa condizione per sondare le proprietà di tale espansione.

DECam, la nuova telecamera installata presso il telescopio Victor M. Blanco, consente osservazione non disponibili nelle precedenti osservazioni, come la Sloan Digital Sky Survey. Una differenza significativa tra la precedente CCD del telescopio Victor M. Blanco e la nuova DECam è la migliorata efficienza quantica nella parte rossa dello spettro visibile e nel vicino infrarosso.[8] Questa è una proprietà molto importante per l'osservazione di fonti molto distanti, come supernove IA o galassie, perché l'espansione dell'universo shifta (sposta) i fotoni emessi da una determinata sorgente verso lunghezze d'onda più rosse (lunghe). Di contro, il silicio, che è l'elemento principale utilizzato per costruire le CCD, appare trasparente alla luce infrarossa, e questo problema ha richiesto significativi sviluppi tecnologici.

DECam[modifica | modifica wikitesto]

DECam è una camera che sostituisce la precedente fotocamera a primo fuoco sul telescopio Victor M. Blanco. La fotocamera è costituita da tre componenti principali: meccanica, ottica, e CCD .

Meccanica[modifica | modifica wikitesto]

La meccanica della macchina è costituita da un filtro commutatore con 8 filtri ed un otturatore. C'è anche un tamburo ottico che supporta 5 lenti correttive, la maggiore delle quali è di 98 cm di diametro. Questi componenti sono fissati al piano focale CCD raffreddato a -100 °C con azoto liquido al fine di ridurre il rumore termico nella CCD. Il piano focale è tenuto ad una condizione di vuoto di 10−6 Torr per evitare la formazione di condensa sui sensori. L'intera macchina con lenti, filtri e CCD pesa circa 4 tonnellate. Il supporto fisico sul primo fuoco è garantito da un sistema esapode (attuatori prismatici robotici paralleli) che consente la regolazione focale in tempo reale.

Ottica[modifica | modifica wikitesto]

La telecamera è dotata di filtri u, g, r, i, z , Y[9] simili a quelli usati nella Sloan Digital Sky Survey (SDSS) . Questo consente a DES di rilevare redshift fotometrici di z≈1. DECam contiene anche cinque lenti con funzioni di correttore ottico per estendere il campo visivo del telescopio ad un diametro di 2,2°.

CCD[modifica | modifica wikitesto]

Immagine simulata della matrice di CCD sulla DECam. Ogni rettangolo è un singolo CCD. Il rettangolo verde in alto a sinistra rappresenta le dimensioni di un iPhone 4.

Il sensore scientifico della DECam è costituito da una fotocamera CCD con matrice di 62 griglie da 2048 × 4096 pixel retroilluminati per un totale di 520 megapixel; un ulteriore CCD da 12 griglie da 2048 × 2048 pixel è utilizzata per orientare il telescopio, l'allineamento ed il fuoco. Il piano focale DECam completo contiene 570 megapixel. I CCD della DECam utilizzano silicio ad alta resistività con pixel da 15 × 15 micron. Per confronto la CCD impiegata su un iPhone 4 utilizza pixel da 1,75 × 1,75 micron con 5 megapixel. Pixel più grandi consentono a DECam di raccogliere più luce per pixel compensando la bassa sensibilità alla luce che è opportuna per uno strumento astronomico.

Campagna osservativa[modifica | modifica wikitesto]

L'indagine osservativa DES dovrebbe coprire un'area di 5000 gradi quadrati del cielo meridionale nell'arco di cinque anni, con una profondità del campo luminoso sino a magnitudine 24. L'area di osservazione è stato scelta per sovrapporsi all'area di rilevazione del South Pole Telescope perché la sua tecnica di rilevare ammassi attraverso l'effetto SZ (una distorsione della radiazione cosmica di fondo) è complementare alle tecniche ottiche impiegate da DES. L'area di indagine si sovrappone anche con le aree di indagine della SDSS e del telescopio VISTA per l'utilità delle informazioni che le suddette campagne osservative possono condividere.[10] All'interno dell'area osservativa, aree più piccole per un totale di 30 gradi quadrati saranno soggette ad indagine con tempi espositivi maggiori per la ricerca di supernove.

Le supernove[modifica | modifica wikitesto]

Poiché una caratteristica delle supernove è quella di raggiungere una comune massima luminosità di picco, la differenza delle luminosità è dovuta essenzialmente alla distanza tra esse. DES osserverà ogni notte una porzione di cielo per misurare le distanze di migliaia di supernove con elevata precisione. Con il supporto di altri telescopi che misurano quanto la luce emessa da tali supernove sia spostata verso il rosso (redshift) e quindi la dimensione relativa dell'universo di quando tale luce è stata emessa rispetto ad oggi, DES ricostruirà gli ultimi 10 miliardi di espansione cosmica con grande precisione.

Oscillazioni acustiche barioniche[modifica | modifica wikitesto]

Effetto lensing gravitazionale[modifica | modifica wikitesto]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) Home - The Dark Energy Survey, su The Dark Energy Survey. URL consultato l'8 settembre 2017.
  2. ^ DES: collaborazioni.
  3. ^ DES-Brasile Archiviato il 22 ottobre 2014 in Internet Archive. , DES-Brasile Consorzio.
  4. ^ a b Fotocamera Dark Energy (DECam) , Cerro Tololo Inter-American Observatory .
  5. ^ (EN) DES: overview, su darkenergysurvey.org.
  6. ^ (EN) K. Bechtol, A. Drlica-Wagner ed altri, EIGHT NEW MILKY WAY COMPANIONS DISCOVERED IN FIRST-YEAR DARK ENERGY SURVEY DATA, in Astrophisical Journal, vol. 807, n. 1, 30 giugno 2015.
  7. ^ (EN) News about the first 3D successful simulation of a type IA supernova., su www-news.uchicago.edu, 22 marzo 2007.
  8. ^ (EN) Vari, Status of the Dark Energy Survey Camera (DECam) project, su proceedings.spiedigitallibrary.org, 24 settembre 2012.
  9. ^ SDSS Filtro Descrizione
  10. ^ Dark Energy Survey Collaboration, Description of the Dark Energy Survey for Astronomers (PDF), su The Dark Energy Survey. URL consultato il 1º marzo 2015.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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