Astronomi del Caltech (California Institute of Technology)
hanno realizzato la prima mappa tridimensionale
della materia oscura di parte dell'universo,
rivelando
come questa sostanza misteriosa si è
evoluta nel
corso del tempo
e contribuendo a chiarirne forme e ruolo delle
strutture. I
risultati confermano
quanto in precedenza
ipotizzato e cioè che la materia
oscura costituisce quell'armatura che ha
permesso, alla
materia ordinaria,
di raggrupparsi, per infine, attraverso un processo
di attrazione, formare le galassie, ipotesi che
adesso è stata direttamente
osservata.
I
risultati dell'incredibile ricerca sono stati pubblicati su
Nature e presentati durante il 209esimo meeting
della American Astronomical Society (AAS) svoltosi a Seattle
(Washington) dal 5 al 10 gennaio scorso, un vero
evento dell'astronomia che sarebbe la gioia di ogni
appassionato della materia e che ha
apportato un considerevole contributo nella
presentazione e diffusione di importanti
scoperte nel campo della
fisica astronomica.
Cos'è la materia oscura?
E' una materia presente nell'universo ma che non riflette
alcuna
luce ed è perciò invisibile all'occhio umano.
L'unico effetto visibile della
materia oscura è la sua attrazione gravitazionale,
in grado di deviare la luce con gli stessi effetti
di una lente che viene attraversata da un raggio.
Effetto
Lensing nella Galassia Abell 2218
Credit: Andrew
Fruchter (STScI)
et al., WFPC2, HST,
NASA
La chiave
per
determinare la
presenza e la distribuzione
della materia scura
utilizzata dal
gruppo di ricerca è stato proprio sfruttare questo
effetto, denominato
lensing
gravitazionale: i raggi luminosi
di un oggetto
distante come una
galassia sono
piegati dalla
gravità di una
grande massa che distorce lo spazio e fa deviare i
fotoni creando immagini distorte,
effetto spiegato facendo ricorso alla Teoria
della Relatività Generale introdotta
da Albert Einstein.
La sequenza
riproduce la simulazione dell’effetto di lensing
gravitazionale causato da un ammasso di galassie su
una sorgente più lontana: (1) immagine della
sorgente non perturbata; (2-3) distorsione indotta
dal campo gravitazionale con sdoppiamento
dell’immagine e formazione di archi, molto
pronunciati per effetto lensing forte (5) o sfumati
nel caso di lensing debole (3) e (6). Quando lente e
sorgente sono molto allineate si forma un arco quasi
completo o "anello di Einstein" (4). Da IL LENSING
GRAVITAZIONALE di Massimo Meneghetti e Lauro
Moscardini
Grazie al
lensing
gravitazionale gli studiosi sono
riusciti a mappare la presenza della materia oscura
e a determinare come questa sia
sei volte più abbondante della materia ordinaria.
"La materia oscura avvolge
completamente le stelle e le galassie" ha spiegato Richard Massey, che ha condotto lo studio "e fra un
nugolo di materia oscura e l'altro si gettano dei
ponti, sempre di materia oscura, come dei filamenti,
che fanno assumere al tutto l'aspetto di una grande
rete".
La materia visibile costituisce circa un sesto
dell'intero universo, ben poco rispetto a tutto il resto
che rimane non
visibile.
Ricostruzione animata
Credit: NASA, ESA and R. Massey (California
Institute of Technology)
Arrivare a questo
risultato, alla realizzazione, cioè, di una vera e
propria mappa tridimensionale dell'universo, è stato
un lavoro lungo e che ha impiegato mezzi differenti. Nick Scoville,
sempre del gruppo Caltech, ha
condotto l'indagine
COSMOS (for Cosmic
Evolution Survey), la più grande indagine mai
effettuata attraverso l'uso del telescopio Hubble e
della sua sofisticatissima
Advanced Camera for Surveys (ACS).
Hubble ha fornito i dati provenienti da circa mille
ore di osservazione,
ha
tracciato una zona del cielo equivalente alla
larghezza di quattro lune piene dedicando il 10% del
suo tempo operativo degli ultimi due anni.
Per
completare l'indagine sono stati uniti, a questi, i
dati provenienti da altri quattro osservatori
astronomici del mondo.
"E' stato come ricostruire
un'intera città basandosi solo su una veduta aerea
notturna delle strade illuminate" hanno dichiarato
gli astronomi.
Il
telescopio Subaru (Mauna Kea, Hawai) ha fornito
immagini tratte da 30 notti di osservazione e i
telescopi European Southern Observatory's Very Large
Telescope e il Giant Magellan in Cile hanno misurato lo
spettro della luce
dalle galassie viste
da Hubble
permettendo di calcolare le
distanze tra esse.
Il telescopio a raggi X dell'ESA XMM-Newton ha
contribuito
a delineare il gas
all'interno delle
galassie e la
distribuzione della materia ordinaria.
La combinazione
di tutti questi
dati ha permesso
agli astronomi
di calcolare come la
deviazione della luce
esistente non poteva
essere attribuita
solamente alla massa
della materia
ordinaria, rivelando
così la distribuzione della materia oscura nella zona
di cielo
esaminato. L'attenta
misura della distanza tra le galassie a immagine
distorta ha inoltre indicato la distanza tra la
materia oscura responsabile della distorsione.
Materia oscura ed ordinaria sovrapposte, così come
realmente presenti nell'universo.
Credit: NASA, ESA and R. Massey (California
Institute of Technology)
Sebbene
su un'area limitata, questa mappa
costituisce il primo risultato non basato su
semplici simulazioni; rappresenta inoltre, in maniera molto
verosimile, la reale distribuzione della materia
oscura.
"Quella che siamo riusciti a
studiare è una piccola parte del cielo, qualcosa
come due gradi su 40 mila, ma si tratta delle
immagini più chiare che si siano mai ottenute" ha
commentato Eric Linder, del Lawrence Berkeley
National Laboratory.
Le parti più distanti
di questo programma
3D rappresentano le
ere più antiche
nella storia
dell'universo e ciò
ha permesso alla
squadra di seguire i
cambiamenti nella distribuzione della materia oscura
su un periodo che varia da circa 6.5 a
3.5 miliardi di anni
fa.
Credit: NASA, ESA and R. Massey (California
Institute of Technology)
I risultati
di COSMOS sono un
passo avanti molto importante nella comprensione
dell'universo ma portano nuovi ed affascinanti
interrogativi?
Pare di sì. I
ricercatori sono
rimasti perplessi di fronte ad una certa concentrazione
di materia oscura che non sempre si 'sovrappone'
alla materia visibile, lasciando in alcune zone
degli ammassi isolati di materia oscura che non
avvolgono al loro interno nessuna galassia,
alcune
zone sembrano mostrare delle discrepanze fra la
distribuzione della materia scura e della materia
ordinaria e altre zone mostrano concentrazioni della
materia ordinaria senza fette di materia oscura
corrispondenti.
Prima di
ripensare i modelli cosmologici fin qui elaborati,
gli scienziati stanno però cercando di capire se
queste anomalie possano essere dovute a interferenze
nella raccolta dei dati.
“E'
più di un puzzle" dice Scoville "Non ho una buona
spiegazione sul perchè ciò accada" ma ricorda
come sia ancora troppo presto per determinare che si
tratti di vere e proprie anomalie o se sono il
frutto di limiti nella risoluzione delle immagini.
Certamente l'indagine COSMOS continuerà
e, se ce n'era bisogno, abbiamo sempre più la
sensazione che l'essenziale sta in "ciò che non si
vede"...
