Con Euclid verso la mappa delle componenti oscure dell’Universo

Il 1° luglio, da Cape Canaveral (Florida), è partito - a bordo di uno SpaceX Falcon 9 - il telescopio della missione Euclid, una dei più ambiziosi e importanti programmi spaziali dell’Agenzia Spaziale Europea che vede tra i protagonisti anche il gruppo di fisica dell’Università degli Studi Milano.

Al lancio, avvenuto alle ore 17.11 (ora italiana), l'Ateneo milanese ha voluto dedicare un evento speciale presso l'Aula Magna del dipartimento di Informatica (via Celoria 18) con inizio alle ore 16 (trasmesso anche in streaming sul canale La Statale Video). Pubblichiamo l'intervista a Luigi Guzzo, docente di Astronomia e Astrofisica al dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli” dell’Università Statale di Milano e tra i fondatori, nonché coordinatore scientifico, del progetto. 

Professor Guzzo, lei è uno dei padri della missione ESA sin dal lontano 2007. Cos’è Euclid e dove ci porterà questo nuovo programma spaziale?

Euclid è una missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) che punta a risolvere i grandi misteri che ancora affliggono la comprensione del nostro Universo su scala cosmologica, in particolare la natura delle sue componenti oscure. Negli ultimi due decenni, la comunità scientifica mondiale è arrivata a un modello cosmologico robusto che spiega molto bene sostanzialmente tutte le misure sperimentali, ma quel che ci sfugge ancora è la comprensione della natura dei due ingredienti del nostro Universo: la materia e l’energia oscure. Nei prossimi sei anni, Euclid osserverà circa 1/3 del cielo, costruendo delle enormi mappe sia della distribuzione delle galassie (e quindi della materia a noi visibile), sia della materia della cui presenza ci accorgiamo solo attraverso i suoi effetti gravitazionali (e per questo oscura). Possiamo pensare a Euclid come a un grande progetto cartografico, che ricostruirà la geografia di un enorme parte dell’Universo che ci circonda.

In che modo, nella pratica, Euclid ricostruirà questa mappa?

Per fare questo, Euclid utilizzerà due metodi complementari. Con il primo, attraverso la misura dello spettro della luce di circa 35 milioni di galassie, effettuerà quella che viene chiamata una redshift survey, misurandone la distanza attraverso lo spostamento verso il rosso (redshift) causato dall’espansione dell’Universo. In questo modo ne ricostruirà la posizione tridimensionale nello spazio. Il secondo metodo, invece, guarderà in modo complementare alla distribuzione di tutta la materia, che, dal punto di vista della forza di gravità, appare totalmente dominata dalla materia oscura. Lo farà attraverso immagini ad alta risoluzione che misurano il cosiddetto effetto di lente gravitazionale: una delle conseguenze più rivoluzionarie della teoria della Relatività Generale di Einstein è infatti che anche la luce, come la materia, è deviata dalla forza di gravità delle masse che incontra nel suo cammino (come una stella o una galassia). La conseguenza è che quando fotografiamo un campo di galassie lontane, tutte le immagini che vediamo sono deformate a causa dell’effetto della materia incontrata dalla luce nel suo cammino di miliardi di anni luce. Questo fenomeno si manifesta in modo drammatico attorno ai grandi ammassi di galassie dove addirittura le galassie nascoste “dietro” a queste strutture vengono sdoppiate o moltiplicate più volte, producendo quindi una serie di “miraggi” dello stesso oggetto. Prima l’Hubble Space Telescope e oggi il James Webb Space Telescope hanno fornito immagini spettacolari di questi oggetti, di cui si possono avere degli esempi anche sul sito del gruppo di Astrofisica@LaStatale.

Ma veniamo al ruolo del dipartimento di Fisica della Statale nell'ambito della missione. 

Siamo tra i fondatori del progetto Euclid, sin dalla prima proposta presentata all’ESA nel lontano 2007, e in questi anni abbiamo ricoperto e ricopriamo responsabilità importanti nella missione, come il coordinamento scientifico globale e del centro italiano di analisi dati. Scientificamente, le nostre competenze e interessi si concentrano soprattutto sull’esperimento spettroscopico, ovvero la redshift survey di 35 milioni di galassie, le misure cosmologiche e di fisica delle particelle che verranno da questo estratte e la loro interpretazione teorica. Ci tengo a sottolineare come il nostro lavoro di astrofisici in Statale avvenga in stretta collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), nelle sue strutture milanesi dell’Osservatorio Astronomico di Brera e dell’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica cosmica (IASF) di Milano e sia reso possibile grazie al sostegno finanziario costante dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI).  È bello qui ricordare anche come Euclid prosegua la grande tradizione del dipartimento di Fisica della Statale nel campo della cosmologia osservativa, facendo seguito al ruolo centrale avuto nella costruzione del satellite Planck.

Una missione di sei anni che ci “avvicinerà” all’Universo più profondo. Cosa possiamo attenderci?

Le mappe della distribuzione delle galassie mostrano che l’Universo è strutturato fino a scale grandissime: le galassie sono a loro volta concentrate in ammassi, filamenti, con grandi zone “vuote”, suggerendo una distribuzione primordiale della materia che può ricordare la struttura di una spugna. Misurando statisticamente con grande precisione queste disomogeneità, Euclid andrà a determinare innanzitutto quali siano le componenti fondamentali che regolano l’espansione dell’Universo e la formazione delle strutture cosmiche, rispondendo ad alcuni dei quesiti ad oggi ancora senza risposta, ad esempio sulla natura della materia e dell’energia oscure, sull’espansione dell’Universo e sul suo tasso di accelerazione o su un eventuale funzionamento della teoria della gravità differente da quello che conosciamo. Allo stesso tempo, queste misure avranno delle conseguenze importanti anche per la fisica delle particelle e in particolare, per il valore della massa di quelle particelle elusive note come neutrini che hanno un effetto, anche se debolissimo, sulla strutturazione dell’Universo a grande scala. Ci aspettiamo che Euclid raggiunga una precisione tale nella misura quantitativa della strutturazione da permettere di misurare la massa di queste importanti particelle, del cui studio Enrico Fermi fu uno dei padri. È affascinante pensare come l’osservazione dell’Universo sulle scale più grandi abbia un tale impatto sulla microfisica. Più in generale, Euclid produrrà un database di immagini, misure e informazioni relative a miliardi di galassie su un terzo del cielo visibile, lasciando un’eredità inestimabile per i ricercatori dei prossimi decenni. Guardando alla storia delle surveys di galassie, si può scommettere che i risultati più importanti che arriveranno da Euclid sono quelli che oggi ancora non immaginiamo.

Per il countdown del lancio, l’appuntamento è stato il 1° luglio, alle ore 16, presso l’Aula Magna del dipartimento di Informatica (via Celoria 18), alla presenza di Maria Pia Abbracchio, prorettrice vicaria e con delega a Ricerca e Innovazione, Davide Maino, Maria Archidiacono e Marina Cagliari per l’Università Statale e di Carmelita Carbone, Benjamin Granett e Marco Scodeggio per INAF. Maggiori dettagli nella locandina disponibile tra i “Materiali”.