The DESI DR1 Peculiar Velocity Survey: Fundamental Plane Catalogue
Questo articolo presenta il più grande insieme singolo di misurazioni di velocità peculiari a basso redshift ad oggi disponibile, derivato da un catalogo del Piano Fondamentale di 98.292 galassie di tipo precoce nel DESI DR1, che raddoppia il numero totale di tali distanze disponibili e raggiunge una precisione del 26% nelle misurazioni delle distanze.
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L'universo si sta espandendo, un fatto stabilito da quasi un secolo. Ma il tasso di tale espansione non è lo stesso ovunque, né è perfettamente uniforme. Le galassie non si limitano a scivolare via con il flusso cosmico; esse possiedono anche i propri movimenti locali, attratte dalla gravità degli ammassi vicini e spinte via dai vuoti tra di essi. Questi movimenti locali sono chiamati velocità peculiari. Misurando quanto velocemente una galassia si muove verso di noi o lontano da noi, oltre l'espansione generale, gli astronomi possono mappare la rete invisibile di materia oscura che modella il nostro vicinato cosmico. Questa mappa è fondamentale perché aiuta gli scienziati a testare se la nostra attuale comprensione dell'universo, inclusa la misteriosa forza che guida la sua espansione accelerata nota come energia oscura, sia corretta. Per farlo, i ricercatori hanno bisogno di un modo per misurare sia la vera distanza di una galassia che la sua velocità. Mentre la velocità è relativamente facile da determinare dalla dimensione del colore della luce, trovare la vera distanza è notoriamente difficile, richiedendo un "righello" affidabile che funzioni attraverso vasti tratti di spazio.
Un team di astronomi ha creato ora la più grande singola collezione di queste misurazioni di velocità peculiari mai assemblata, utilizzando i dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument, o DESI. Questo strumento, montato su un telescopio in Arizona, cattura la luce di milioni di galassie. I ricercatori si sono concentrati su un tipo specifico di galassia noto come galassia di tipo precoce (early-type), che sono generalmente vecchie, rosse e modellate come ellissoidi lisci. Per queste galassie, esiste una relazione affidabile tra tre proprietà osservabili: la velocità con cui le stelle al loro interno si muovono in direzioni casuali, quanto la galassia appare luminosa in media e quanto appare grande nel cielo. Questa relazione, nota come Piano Fondamentale, agisce come un righello cosmico. Poiché la velocità interna delle stelle e la luminosità media non cambiano in base alla distanza della galassia, gli astronomi possono usare questi elementi per calcolare la vera dimensione fisica della galassia. Confrontando questa dimensione reale con quanto la galassia appare a noi, possono determinare esattamente quanto sia lontana.
L'articolo presenta un catalogo contenente queste misurazioni di distanza e velocità per 98.292 galassie uniche. Questo numero rappresenta un raddoppio di tutte le misurazioni di distanza del Piano Fondamentale mai registrate per le galassie del nostro universo locale. I ricercatori vi sono riusciti selezionando attentamente le galassie dal primo anno di operazioni di DESI, filtrando stelle e altri oggetti che avrebbero confuso le misurazioni, e assicurandosi che la luce di ogni galassia fosse catturata con alta precisione. Hanno poi misurato la velocità delle stelle all'interno di ciascuna galassia e combinato questa con la luminosità e la dimensione della galassia per calcolarne la distanza. Il processo ha comportato controlli rigorosi per garantire che i dati fossero puliti, rimuovendo qualsiasi galassia in cui le misurazioni fossero incerte o dove la luce potesse essere distorta dalla polvere o da immagini sovrapposte. Il risultato finale è un insieme di dati in cui la distanza di ciascuna galassia è nota con un'incertezza di circa il 26 percento, un livello di precisione paragonabile a precedenti e molto più piccoli sondaggi.
Uno degli aspetti più significativi di questo lavoro è la scala e l'omogeneità del campione. I sondaggi precedenti spesso combinavano dati provenienti da molti diversi telescopi e metodi, il che poteva introdurre sottili incongruenze. Al contrario, l'intero catalogo proviene da un singolo strumento che utilizza un singolo metodo, il che riduce la possibilità di errori nascosti. I ricercatori hanno anche controllato problemi sistematici, come se le misurazioni cambiassero a seconda di dove nel cielo si trovasse la galassia o se la galassia fosse stata osservata durante notti di luna piena rispetto a notti buie. Hanno scoperto che le loro misurazioni erano coerenti in tutto il cielo e che qualsiasi piccola differenza tra i tempi di osservazione poteva essere corretta. Hanno anche confrontato i loro risultati con un catalogo esistente e completo di distanze galattiche chiamato CosmicFlows-4 e hanno trovato che i due set di dati concordavano bene, convalidando ulteriormente il loro approccio.
La mappa risultante delle velocità peculiari mostra che l'universo locale non è statico. Le misurazioni rivelano un leggero flusso complessivo di galassie che si muovono in una direzione specifica, coerente con l'attrazione gravitazionale di strutture massicce vicine. Sebbene le singole misurazioni di velocità per una singola galassia portino un ampio margine di errore, l'enorme numero di galassie nel catalogo permette agli scienziati di vedere chiaramente il quadro generale. I dati confermano che non vi è alcuna strana accelerazione o decelerazione nel flusso delle galassie mentre si guarda più lontano, il che supporta gli attuali modelli di come l'universo si espande. Questo nuovo catalogo funge da fondamento per una serie di studi complementari che utilizzeranno queste distanze per misurare il tasso di espansione dell'universo e il tasso di crescita delle strutture cosmiche con un'accuratezza senza precedenti. Fornendo un enorme e coerente insieme di misurazioni di distanza locale, questo lavoro offre un potente nuovo strumento per testare le leggi fondamentali che governano il cosmo.
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