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Potrebbero aiutarci a rispondere alle nostre più grandi domande.

Una missione spaziale progettata per creare una mappa tridimensionale dell’universo ha appena rilasciato il suo primo tesoro di dati. Ed è mozzafiato: galassie di tutte le forme e dimensioni sembrano nuotare in un oscuro oceano cosmico, costellato di strani cerchi di luce stellare e buchi neri supermassicci in eruzione.

Il team dietro Euclid, il telescopio dell’Agenzia spaziale europea in questione, ha un obiettivo ambizioso: comprendere le forze nascoste che tengono unito il cosmo e lo distruggono. Per riuscirci, Euclid osserverà miliardi di galassie nei prossimi sei anni e gli scienziati useranno queste osservazioni per discernere la natura amorfa del tessuto della realtà.

Già, con soli sette giorni di osservazioni dal 2024, Euclid ha trovato ben 26 milioni di galassie, insieme a una serie di centinaia di altre bizzarre caratteristiche astronomiche. “È assolutamente ipnotizzante”, afferma Carole Mundell, astrofisica e direttrice scientifica dell’Agenzia spaziale europea.

Questa è la prima grande salva di dati di Euclid. Gli scienziati, che hanno appena iniziato a esaminare attentamente le immagini che ha scattato, sono incantati dalle stelle. “La prima reazione umana è quanto siano belle. Ci portano in un viaggio nel cosmo profondo”, afferma Mundell. “Ma ciò che ha creato tutto questo è un’ingegneria squisita”.

Ecco come l’elegante tecnologia del telescopio spaziale, con un po’ di assistenza dall’intelligenza artificiale, sta consentendo agli scienziati di far luce sull’universo oscuro.

Quali misteri potrebbero risolvere i dati di Euclide?

Due delle più grandi domande dell’astrofisica riguardano la natura della materia oscura e dell’energia oscura, che costituiscono il 95 percento dell’universo: cosa sono esattamente e perché influenzano il cosmo nel modo in cui lo fanno? La prima si riferisce a una forma di materia ancora non rilevabile che mantiene le galassie e le loro stelle più strettamente legate tra loro di quanto la sola gravità possa spiegare. La seconda è una forza invisibile che sta accelerando l’espansione dell’universo, sebbene recenti misurazioni del cosmo suggeriscano che l’energia oscura potrebbe indebolirsi nel tempo.

Gli scienziati non possono (attualmente) rilevare direttamente la materia oscura o l’energia oscura, quindi stanno facendo la cosa migliore: tracciare la forma del cosmo studiando le forme, il movimento e le posizioni di molte delle sue galassie.

L’obiettivo di Euclide è mappare le forme, le dimensioni e le posizioni delle galassie che scopre. Questa mappa aiuterà gli scienziati a svelare la cosiddetta rete cosmica, la vasta rete di filamenti di materia che collega gli ammassi di galassie.

Questo è il grande scopo di Euclid, un telescopio spaziale europeo che prende il nome, a ragione, da un matematico greco soprannominato il “padre della geometria”. Lanciato nel 2023, si trova in una parte dello spazio gravitazionalmente stabile a quasi un milione di miglia di distanza dalla Terra. Lì, studierà un terzo dell’intero cielo, ingrandendo ripetutamente tre specifiche zone note come Euclid Deep Fields e, di conseguenza, troverà miliardi di galassie.

“Ogni galassia è bella”, afferma Adam Amara, astrofisico e capo scienziato dell’Agenzia spaziale britannica. “Ma non abbiamo progettato [Euclid] per produrre belle immagini. L’abbiamo progettato per fare scienza dura”.

Idealmente, i telescopi hanno ampi campi visivi (in modo da poter vedere grandi porzioni di cielo), visione ad alta risoluzione (in modo che i dettagli più fini emergano dalle fotografie) e alta sensibilità, in modo che anche la luce delle stelle più debole e distante possa essere rilevata. “Di solito possiamo sceglierne due su tre. E per la prima volta in assoluto, Euclid ce li offre tutti e tre”, afferma Mundell. “Penso che questa sia la vera potenza del telescopio”.

Un kit di strumenti per l’universo oscuro

La capacità di Euclid di cacciare galassie si riduce a soli tre strumenti. Il primo è il suo telescopio lungo quattro piedi, il cui specchio cattura la luce delle stelle distanti prima che un filtro prismatico la divida in luce visibile e infrarossa, trasmessa a due dispositivi specializzati.

Uno è lo strumento VISible, in pratica una fotocamera molto sensibile con una risoluzione di 600 megapixel, 50 volte migliore di molti smartphone contemporanei. Grazie a un campo visivo molto ampio e alla capacità di scattare esposizioni estremamente lunghe dello spazio profondo, può individuare miliardi di galassie a distanze notevoli, rivelandone chiaramente le forme e le idiosincrasie.

“Euclid ha già scattato immagini di un cielo molto più grande di quanto abbia fatto Hubble in 25 anni”, afferma Mike Walmsley, ricercatore di apprendimento automatico incentrato sull’astronomia e scienziato del consorzio Euclid, con sede presso l’Università di Toronto, Canada.

Il secondo dispositivo è lo spettrometro e fotometro nel vicino infrarosso, un’altra fotocamera ultra sensibile che cattura la luce infrarossa e può, tra le altre cose, misurare la distanza delle galassie dalla Terra. E quando vengono sovrapposte alle immagini luminose visive di Euclid, gli scienziati sperano di generare una mappa tridimensionale dell’universo man mano che ottengono più dati.

“È davvero la combinazione di questi due strumenti che ci consente di testare l’energia oscura”, afferma Valeria Pettorino, fisica e scienziata del progetto Euclid dell’Agenzia spaziale europea.

L’universo ha 13,8 miliardi di anni. La magia tecnica di Euclid gli consente di vedere galassie che si sono formate fino a 10,5 miliardi di anni fa. Ciò significa che “Euclid non è solo un detective dell’universo oscuro”, afferma Mundell. “È anche una macchina del tempo”.

Ingrandendo una delle viste di campo profondo di Euclid, questa immagine mostra la Nebulosa Occhio di Gatto, o NGC 6543, che splende luminosa in mezzo a un mare di altre galassie e stelle. La nebulosa ospita una stella morente e si trova a circa 3.000 anni luce dalla Terra.

Che tipo di galassie scoprì Euclide?

Tra i milioni di galassie documentate da Euclid c’è una serie di quasar lontani, galassie i cui nuclei di buchi neri supermassicci sono abbagliantemente luminosi. “Le immagini di Euclid sono così nitide, circa cinque volte più nitide di quelle da terra, che abbiamo una visione delle galassie completamente nuova”, afferma Walmsley.

Altri fenomeni nei dati di Euclid su cui i cosmologi sono ossessionati sono le lenti gravitazionali. A volte, quando qualcosa di massiccio, ad esempio una galassia con molta materia oscura, si trova di fronte a un’altra galassia più distante, la luce di quella galassia distante viene deformata attorno alla galassia in primo piano, come se fosse focalizzata da una lente.

Questo processo è noto come lente gravitazionale e può rivelare galassie distanti che altrimenti sarebbero state invisibili anche a telescopi come Euclid. In rari casi, l’antica luce che si deforma attorno alle galassie in primo piano può formare distinte caratteristiche luminose note come lenti forti.

Prima di Euclide, e dopo decenni di osservazioni moderne del cielo notturno, circa 1.000 lenti forti erano state identificate dagli astronomi. “In pochi giorni, Euclide esce e ne trova 500, proprio così”, dice Amara. “È incredibile.

Durante una fase di test nel settembre 2023, Euclid ha scattato questa immagine della galassia NGC 6505. Ulteriori indagini hanno rivelato che il telescopio aveva catturato una forte lente gravitazionale chiamata anello di Einstein.

In un primo piano dell’anello di Einstein, la luce di una galassia distante 4,42 miliardi di anni luce ha formato un cerchio attorno alla galassia…

L’immagine di Euclid di una galassia chiamata NGC 6505 cattura un esempio di una forte lente chiamata anello di Einstein, dove la luce forma un cerchio attorno all’oggetto distante. Si pensa che queste potenti lenti siano ottimi modi per comprendere la materia oscura, poiché la distorsione della luce può suggerire quanta materia oscura ancora impercettibile sia presente in primo piano galassia.

Amara si aspetta di trovare centinaia di migliaia di lenti forti nei prossimi sei anni, insieme a molti esempi di lente gravitazionale debole.

Utilizzare l’intelligenza artificiale per navigare in un oceano di galassie

Il numero di splendidi oggetti astrofisici ha travolto il team di Euclid. “Una volta superato quel senso di meraviglia, magia e stupore mozzafiato, allora inizi a pensare: un astrofisico non può interrogare milioni e milioni di galassie”, afferma Mundell. “Ed è qui che entra in gioco l’intelligenza artificiale”.

I programmi di intelligenza artificiale sono molto bravi a riconoscere gli schemi. Uno di questi programmi, denominato ZooBot, è stato implementato per aiutare gli scienziati di Euclid a classificare le galassie. Di recente, a circa 10.000 volontari umani sono state presentate immagini di galassie, quindi è stato chiesto loro di filtrarle in riquadri in base alle loro forme e caratteristiche. ZooBot è stato quindi addestrato su questi dati e poi scatenato nella settimana di osservazioni di Euclid.

“Ci vorrebbero circa 150 anni per guardare attraverso ogni galassia ragionevolmente nitida” nel nuovo set di immagini di Euclid”, afferma Walmsley. Ma alla velocità della luce, ZooBot ha categorizzato più di 380.000 galassie in base alle loro forme, dimensioni e caratteristiche.

C’è molto di più in arrivo, ed Euclid sta già consegnando. “Stiamo ricevendo più di 100 gigabyte di dati al giorno”, afferma Pettorino. “Alla fine del 2026, dobbiamo rilasciare un anno di osservazioni per un totale di oltre due petabyte, che equivale a 31 anni di TV con il miglior streaming video”.

L’autore Douglas Adams una volta scrisse: “Lo spazio è grande. Non crederai mai a quanto sia enormemente, enormemente, incredibilmente grande”. E questo rimane vero. Ma Euclide sta trasformando questo vuoto espansivo in una tela tecnicolor traboccante di galassie.

“C’è solo una quantità finita di cielo”, dice Amara. “E stiamo iniziando a riempirlo tutto”.