Cosmologia
L’universo oscuro: materia ed energia oscura
Docenti: Antonino Del Popolo, Andrei A. Mesinger, Giuseppe Puglisi
Solo circa il 5% dell’Universo è costituito da materia ordinaria; il resto è formato da materia oscura (~27%) ed energia oscura (~68%), entrambe ancora sconosciute. La presenza della materia oscura viene dedotta indirettamente attraverso i suoi effetti gravitazionali e tramite la radiazione cosmica di fondo, mentre l’energia oscura spiega l’espansione accelerata osservata del nostro Universo. Tuttavia, non comprendiamo ancora la natura di nessuna di queste due componenti. A Catania lavoriamo sullo studio osservativo di questo settore oscuro guardando tutta la storia cosmica.
L'universo primordiale
Docenti: Giuseppe Puglisi
La Radiazione Cosmica di Fondo (CMB) rappresenta la più antica immagine osservabile dell’Universo, risalente a circa 380.000 anni dopo il Big Bang. Le minuscole fluttuazioni presenti nella CMB costituiscono il collegamento tra le più grandi strutture che osserviamo oggi e il Big Bang stesso. Esse furono infatti generate come fluttuazioni quantistiche circa 1e-34 secondi dopo il Big Bang, quando l’Universo era 1e-28 volte più piccolo di quanto sia oggi. Quale meccanismo fisico le abbia prodotte non è ancora del tutto chiaro. Tuttavia, la prossima generazione di osservatori della CMB, sia terrestri sia spaziali, risponderà certamente ad alcune di queste domande fondamentali.
L’alba delle prime galassie
Docenti: Andrei A. Mesinger
Qualche tempo dopo il Big Bang, il gas primordiale si condensò dando origine alle prime stelle e galassie. Queste strutture primordiali sono troppo distanti e deboli per essere osservate direttamente, eppure hanno avuto un impatto trasformativo sul nostro Universo. La loro luce si diffuse nello spazio secondo schemi complessi, riscaldando e ionizzando progressivamente quasi ogni atomo dell’Universo, fino a culminare nella sua ultima grande transizione di fase: l’Epoca della Reionizzazione. Conosciamo ancora molto poco di questa misteriosa “Alba Cosmica”. Fortunatamente, i telescopi attuali e di prossima generazione stanno iniziando a fornire dati dal potenziale scientifico senza precedenti. A Catania interpretiamo queste osservazioni attraverso simulazioni all’avanguardia e tecniche innovative di analisi dei dati, con l’obiettivo di comprendere la formazione delle galassie e la fisica fondamentale.
Sulle tracce del DNA chimico dell’Universo
Docenti: Fiorenzo Vincenzo
Gli elementi e le molecole presenti nelle galassie, sia vicine che remote, sono l'eredità lasciata da generazioni di stelle nate, evolute e poi giunte al termine del loro ciclo vitale. Le loro abbondanze preservano quindi l’impronta ereditaria di popolazioni stellari da tempo estinte. Integrando l'analisi di grandi dataset astronomici con modelli teorici, studiamo la composizione chimica di stelle e galassie, indagando il legame con le loro proprietà fisiche. La nostra ricerca esplora l'origine degli elementi, i processi di formazione ed evoluzione delle galassie in vari ambienti cosmici e i meccanismi interni che influenzano le abbondanze superficiali delle stelle.
Machine learning per la cosmologia
Docenti: Andrei A. Mesinger, Giuseppe Puglisi
Il machine learning è diventato uno strumento fondamentale in cosmologia, permettendo l’analisi di grandi e complessi dataset provenienti da simulazioni e osservazioni. Se adeguatamente istruite, le reti neurali possono individuare schemi difficili da cogliere con i metodi tradizionali, oltre ad accelerare calcoli complessi di diversi ordini di grandezza. I ricercatori di Catania sviluppano strumenti di machine learning all’avanguardia per rendere le simulazioni più efficienti, estrarre una maggiore quantità di informazioni dai dati e interpretarli in modi mai considerati possibili fino a oggi.
