Un nuovo strumento basato sull’intelligenza artificiale potrebbe svelare i segreti dell’energia oscura
Milioni di stelle che esplodono potrebbero presto raccontare qualcosa di fondamentale su una delle forze più misteriose dell’universo: l’energia oscura. Un gruppo di ricercatori guidato dall’Istituto di Scienze del Cosmo dell’Università di Barcellona ha messo a punto un framework chiamato CIGaRS, capace di analizzare le supernove di tipo Ia con una precisione che fino a poco tempo fa sembrava fuori portata. Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, promette di cambiare radicalmente il modo in cui gli astronomi misurano l’espansione dell’universo.
Le supernove di tipo Ia sono esplosioni stellari che si verificano quando una nana bianca raggiunge una massa critica e deflagra. Siccome queste esplosioni raggiungono tutte una luminosità intrinseca molto simile, gli scienziati le usano come “candele standard”: confrontando la luminosità reale con quella apparente dalla Terra, si possono calcolare distanze cosmiche enormi. Proprio grazie a queste misurazioni, alla fine degli anni Novanta, si è scoperto che l’universo non solo si espande, ma lo fa a un ritmo sempre più veloce. La causa di questa accelerazione viene attribuita all’energia oscura, che resta uno dei più grandi enigmi della fisica moderna.
Il problema, però, è che le supernove di tipo Ia non sono tutte perfettamente uguali. Negli ultimi vent’anni si è capito che la galassia ospite influenza la luminosità osservata. Una supernova che esplode in una galassia vecchia e massiccia può apparire leggermente diversa da una che si trova in una galassia giovane e meno massiccia. Finora, queste differenze venivano corrette con metodi piuttosto semplificati, il che limitava la precisione delle misure cosmologiche.
Come funziona CIGaRS e perché cambia le regole del gioco
Ecco dove entra in scena CIGaRS. Invece di trattare ogni variabile separatamente, questo framework costruisce un modello unificato che tiene conto di tutto in contemporanea: l’esplosione della supernova, la galassia in cui avviene, la polvere cosmica che ne altera la luce, i tassi di occorrenza nel corso della storia dell’universo e persino l’espansione cosmica stessa. Collegando tutti questi ingredienti in un unico schema statistico e fisico, emergono relazioni che i metodi tradizionali semplicemente non riescono a cogliere.
Per far funzionare un modello così complesso senza richiedere una potenza di calcolo impossibile, i ricercatori hanno sfruttato una tecnica nota come inferenza basata su simulazioni. In pratica, si generano enormi quantità di universi simulati, e poi una rete neurale impara a riconoscere come le osservazioni simulate si collegano alle proprietà fisiche che le hanno prodotte. Una volta addestrato, il sistema confronta le osservazioni astronomiche reali con le simulazioni e identifica i parametri più probabili. Questo rende possibile analizzare decine di migliaia di supernove contemporaneamente.
Un risultato particolarmente notevole è che CIGaRS riesce a determinare le distanze delle galassie (il cosiddetto redshift) con una precisione paragonabile alle misure spettroscopiche, ma usando solo dati fotografici. Questo è cruciale, perché l’Osservatorio Vera C. Rubin, attualmente in costruzione in Cile, identificherà milioni di candidati supernova nei prossimi anni, e circa il 99% di questi verrà osservato solo attraverso immagini in diversi filtri di colore, senza spettroscopia dedicata.
Verso una nuova era di scoperte cosmologiche
Come ha spiegato Konstantin Karchev, primo autore dello studio, il framework CIGaRS è stato progettato proprio pensando a questa sfida. A differenza di altri approcci che richiedono semplificazioni analitiche, questo metodo è in grado di estrarre tutta l’informazione cosmologica e astrofisica dai dati dell’Osservatorio Rubin, evitando le trappole dei bias di selezione e modellazione.
I benefici non si fermano alla misura dell’energia oscura. Il framework fornisce anche informazioni preziose sull’origine stessa delle supernove di tipo Ia, ricostruendo come i tassi di esplosione variano in base all’età delle stelle nelle diverse galassie. Secondo le stime dei ricercatori, questo approccio potrebbe migliorare i vincoli cosmologici fino a quattro volte rispetto ai metodi tradizionali basati su campioni limitati di supernove osservate spettroscopicamente.
Con l’Osservatorio Rubin pronto ad avviare un’indagine del cielo che durerà un decennio, strumenti come CIGaRS rappresentano esattamente il tipo di innovazione necessaria per trasformare una valanga di dati grezzi in risposte concrete sulle leggi fondamentali che governano il nostro universo.
