L'Universo è in crisi e questo specchio da 12 metri potrebbe dimostrarlo

All'interno di una camera bianca pressurizzata a Greenbelt, nel Maryland, una struttura alta 12 metri composta da vetro ad alta precisione e oro ha finalmente smesso di muoversi. Gli ingegneri del Goddard Space Flight Center della NASA hanno dedicato buona parte dell'ultimo decennio — e milioni di ore di "calcoli reali, assolutamente reali" — ad assemblare il Nancy Grace Roman Space Telescope. È una macchina costruita per un unico scopo esistenziale: scoprire perché l'universo si sta espandendo a una velocità che fa apparire le nostre attuali leggi della fisica come una bozza approssimativa.

Chiamato così in onore della donna che convinse un governo scettico che valesse la pena rischiare con l'Hubble Space Telescope, l'osservatorio Roman non è solo un aggiornamento. È un cambio di paradigma. Mentre Hubble ha cambiato la nostra visione del cosmo concentrandosi su specifici e mozzafiato punti di luce, il Roman è progettato per fare un passo indietro e osservare l'intero quadro. È la differenza tra guardare l'universo attraverso la cruna di un ago e osservarlo su uno schermo IMAX. La portata della sua raccolta dati è così vasta che gli scienziati della NASA stanno già avvertendo che non siamo pronti per ciò che accadrà dopo.

Se voleste mappare il cielo usando Hubble con lo stesso livello di dettaglio che fornirà il Roman, dovreste mantenere Hubble operativo per altri cento anni. Il Roman intende completare lo stesso lavoro in circa trenta giorni. È una scorciatoia lunga cent'anni che mira a risolvere un problema emerso fin dal 1998, quando gli astronomi si resero conto che l'espansione dell'universo non stava rallentando sotto il peso della gravità, ma stava premendo sull'acceleratore. Qualcosa sta spingendo il cosmo verso l'esterno e non abbiamo assolutamente idea di cosa sia.

La scorciatoia lunga cent'anni

Lo specchio del telescopio ha le stesse dimensioni di quello di Hubble, misurando 2,4 metri di diametro. Ma è qui che finiscono le somiglianze. La fotocamera all'interno del Roman ha un campo visivo 100 volte più ampio del suo predecessore. Non si tratta solo di scattare foto più grandi; si tratta di statistica. Se vuoi capire come cresce una foresta, non osservi un solo albero per un secolo; osservi l'intera foresta attraverso le diverse stagioni. Il Roman scansionerà ampie porzioni di cielo contemporaneamente, catturando le posizioni e le forme di centinaia di milioni di galassie.

Questa capacità di indagine a campo largo è la chiave per identificare le crepe nelle nostre attuali teorie cosmologiche. Per anni, gli scienziati si sono affidati al Modello Standard dell'universo, un quadro matematico che spiega come si comporta tutto, dagli atomi alle galassie. Ma man mano che le nostre misurazioni sono diventate più precise, la matematica ha iniziato a vacillare. C'è una crescente tensione nella comunità scientifica perché diversi modi di misurare l'espansione dell'universo forniscono risposte diverse. Il Roman è l'elemento decisivo.

Perché la matematica dell'universo non torna

Tutto ciò che avete mai visto, toccato o assaggiato — ogni stella, pianeta e persona — costituisce solo circa il cinque percento dell'universo. Il resto è un cocktail di materia oscura ed energia oscura. La materia oscura è la colla invisibile che tiene unite le galassie, fornendo la gravità extra necessaria per evitare che si disperdano ruotando. L'energia oscura è l'opposto: è la misteriosa pressione che sta spingendo l'espansione dell'universo ad accelerare sempre di più.

Il problema è che l'energia oscura è perfettamente invisibile. Sappiamo che esiste solo perché possiamo vedere cosa fa alle cose che *possiamo* vedere. È come osservare le foglie di un albero muoversi e dedurre l'esistenza del vento. Ma a differenza del vento, l'energia oscura non sembra indebolirsi nel tempo. Sembra essere una proprietà dello spazio stesso. Man mano che l'universo si espande e crea più spazio, c'è più energia oscura, il che causa ulteriore espansione. È un ciclo di feedback incontrollato che finirà per lasciare la nostra galassia isolata in un vuoto freddo e oscuro.

L'eredità dei pionieri basati a terra

Il Roman non deve partire da zero. Sta raccogliendo il testimone da esperimenti basati a terra come il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Il DESI ha recentemente completato la sua missione iniziale di cinque anni, dopo aver mappato 30 milioni di galassie con un enorme apparato robotico in Arizona. I risultati del DESI hanno già iniziato a scuotere le fondamenta della fisica, suggerendo che l'energia oscura potrebbe non essere una forza costante, ma qualcosa che si evolve nel tempo.

Se l'energia oscura cambia, significa che alla nostra attuale comprensione della fisica manca un pezzo enorme del puzzle. Sarebbe come scoprire che le leggi della gravità funzionano solo il martedì. Il Roman raccoglierà gli indizi lasciati dal DESI e guarderà più a fondo nel passato, vedendo l'universo com'era quando aveva solo pochi miliardi di anni. Confrontando le mappe 3D realizzate dal DESI con i dati ad alta risoluzione del Roman, gli astronomi saranno in grado di vedere l'intera storia del tiro alla fune cosmico tra gravità ed energia oscura.

Non si tratta solo di curiosità accademica. Comprendere l'energia oscura è essenzialmente la ricerca per scoprire come finisce la storia dell'universo. Se l'energia oscura continua ad accelerare, il "Big Rip" potrebbe letteralmente fare a pezzi gli atomi in un futuro lontano. Se svanisce, l'universo potrebbe collassare di nuovo su se stesso in un "Big Crunch". Attualmente stiamo pilotando un aereo senza sapere se atterrerà, si schianterà o si dirigerà verso l'orbita per sempre. Il Roman è la scatola nera che potrebbe darci la risposta.

Fissare il bagliore di un miliardo di soli

Sebbene l'energia oscura sia l'attrazione principale, il telescopio Roman ha una seconda missione, altrettanto difficile: trovare la Terra 2.0. Per farlo, trasporta uno strumento chiamato coronografo. In passato, abbiamo trovato pianeti attorno ad altre stelle osservando il "calo" di luce quando un pianeta passava davanti al suo sole. Era come cercare di individuare una falena che vola davanti al faro di uno stadio da tre miglia di distanza. È efficace, ma non ci permette di vedere il pianeta stesso.

Il coronografo del Roman è progettato per bloccare completamente la luce della stella, permettendoci di vedere il minuscolo e debole puntino di un pianeta che le orbita attorno. Gli ingegneri della NASA lo paragonano al tentativo di vedere una lucciola che vola accanto a un faro dall'altra parte dell'Oceano Atlantico. Richiede un livello di stabilità mai raggiunto prima in un telescopio spaziale. Gli specchi all'interno del coronografo devono essere regolati con incrementi inferiori allo spessore di un filamento di DNA per annullare la luce stellare.

Se funzionerà, il Roman sarà in grado di scattare immagini dirette di pianeti giganti attorno ad altre stelle e, cosa più importante, di analizzarne le atmosfere. Cercherà le firme chimiche di acqua, metano e ossigeno. È il primo passo verso la ricerca di un mondo che assomigli al nostro. Al termine della missione, si prevede che il Roman avrà scoperto decine di migliaia di nuovi esopianeti, trasformando la nostra mappa della galassia da una raccolta di congetture in un atlante dettagliato.

Il completamento della costruzione del telescopio segna la fine della fase ingegneristica e l'inizio del viaggio verso la rampa di lancio. È una macchina nata da milioni di ore di lavoro, progettata per rispondere a domande che gli esseri umani si pongono da quando hanno guardato le stelle per la prima volta. Stiamo per scoprire esattamente di cosa è fatto l'universo, anche se la risposta dimostrasse che tutto ciò che pensavamo di sapere era sbagliato.