Un gruppo internazionale di astronomi ha usato il telescopio spaziale Hubble per ricostruire una mappa veramente notevole. Si tratta della prima mappa tridimensionale che dà un’idea della distribuzione su larga scala della cosiddetta “materia oscura”.
La materia oscura è una forma di materia che rende conto della massa totale dell’Universo, ma non è visibile sotto forma di luce (stelle, nebulose, ammassi, ecc.).
Questa mappa fornisce la migliore evidenza del fatto che la materia ordinaria, costituita dalle galassie visibili, si accumula presso le zone più dense di materia oscura. La mappa rivela infatti una rete di filamenti che è cresciuta nel tempo e si interseca in strutture massicce proprio laddove noi vediamo gli ammassi di galassie.
L’estensione temporale di questa mappa parte dalla metà della vita dell’Universo fino all’inizio (o quasi). E’ evidente la tendenza della materia oscura ad addensarsi come se collassasse per effetto della gravità.
Questa scoperta cruciale porta gli astronomi dalla speculazione all’osservazione diretta dell’influenza della materia oscura nella costruzione dell’Universo. Infatti i lavori precedenti si riferivano solo a simulazioni numeriche dell’evoluzione delle strutture a larga scala.
Capire come si distribuisce la materia oscura nello spazio ma anche nel tempo è fondamentale per capire come si sono aggregate le galassie e come si sono formati gli ammassi di galassie nel corso di miliardi di anni.
Le teorie correnti affermano che l’Universo dopo il Big Bang si trovava in uno stato estremamente omogeneo. In qualche modo l’evoluzione lo ha poi portato ad assumere una struttura a forma di spugna, con filamenti di materia che costeggiano enormi spazi vuoti.
E’ possibile che lo studio della materia oscura possa … gettare luce anche sulla cosiddetta “energia oscura”, vale a dire quella forma esotica di repulsione gravitazionale che avrebbe influenzato l’espansione dell’Universo.
I risultati della ricerca sono apparsi oggi sulla prestigiosa rivista “Nature” e sono stati presentati al 209° meeting della Società Astronomica Americana a Seattle. Gli autori della ricerca sono Richard Massey e Nick Scoville, del California Institute of Technology.
“E’ rassicurante vedere quanto la mappa confermi le teorie correnti circa l’evoluzione delle strutture galattiche”. Afferma Massey. L’astronomo definisce la materia oscura come “l’impalcatura” entro la quale le galassie e poi le stelle si aggregano in capo a miliardi di anni.
E’ interessante a questo punto vedere come hanno fatto gli astronomi a ricostruire la mappa di qualcosa che … non si vede!
Come si è detto, la materia oscura ha la peculiarità di non essere visibile, ma di esercitare comunque un effetto
gravitazionale. Einstein ha mostrato che una concentrazione di massa altera la geometria dello spazio-tempo deformando quindi la luce che proviene da dietro.
I ricercatori hanno quindi creato la mappa utilizzando la più ampia survey dell’Universo, realizzata dal telescopio spaziale Hubble: la Cosmic Evolution Survey o “COSMOS”. Questa survey copre un’area di cielo sufficientemente ampia (nove volte l’estensione della Luna) e ciò rende evidenti i filamenti visibili su larga scala.
Per aggiungere la terza dimensione le osservazioni di HST sono state integrate con altri dati provenienti da telescopi con base a terra.
La mappa della materia oscura è stata ricostruita misurando la forma di mezzo milione di galassie remote. La loro luce per giungere fino a noi ha dovuto attraversare regioni di materia oscura, che quindi l’ha distorta. Dall’entità della distorsione si è potuta misurare la concentrazione di materia oscura. Il metodo è detto “lente gravitazionale debole”.
Per usare una analogia, è come ricostruire la rugosità del vetro di una doccia misurando come viene distorta l’immagine di sfondo.
“Anche se questa tecnica è già stata utilizzata precedentemente, la profondità dei dati del progetto COSMOS e la sua superiore risoluzione ci ha messi in grado di ricostruire una mappa dettagliata, abbastanza ampia da contenere le strutture filamentose di larga scala”. Afferma Richard Ellis del California Institute of Technology.
Un gruppo separato del team COSMOS ha presentato le immagini di strutture galattiche su larga scala della stessa zona di cielo, per confrontarle con la distribuzione di materia oscura.
Le immagini in luce visibili provengono da Hubble e dal telescopio Subaru. Invece il gas caldo dei più densi ammassi di galassie è stato ripreso dal telescopio a raggi X XMM-Newton.
Le strutture galattiche nell’impalcatura di materia oscura mostrano il processo di assemblaggio di ammassi di galassie. Queste strutture possono essere individuate su oltre 80 milioni di anni-luce nella survey COSMOS. Per dare un’idea, è cinque volte l’estensione dell’ammasso di galassie della Vergine. Nelle più dense strutture dell’Universo neonato queste galassie appaiono già con una popolazione di stelle vecchie. Questo significa che la formazione delle strutture cosmiche è un processo dal basso verso l’alto, dove piccole galassie si fondono per dare vita a galassie più grandi, più o meno come tanti rigagnoli si fondono assieme a formare un fiume.
La survey COSMOS mostra che le galassie in cui sta avvenendo la formazione di nuove stelle sono fortemente correlate con la densità di materia oscura circostante.
“Questo confronto è estremamente importante”, afferma Massey. “Quasi tutta l’attuale conoscenza scientifica riguarda solo la materia barionica”, cioè quella composta dagli ordinari protoni, neutroni, elettroni e particelle affini.
“Ora che abbiamo scoperto dove si addensa la materia oscura, la prossima sfida è determinare di cosa si tratta ed in particolare il suo rapporto con la materia ordinaria”.
Per realizzare COSMOS il telescopio spaziale ha effettuato ben 575 riprese, parzialmente sovrapposte, usando la camera a grande campo della Advanced Camera for Surveys (ACS). Per completare questo lavoro ci sono volute ben 1000 ore di osservazione!
Invece le migliaia di spettri delle galassie sopno stati ottenuti dal VLT dell’ESO, in Cile e dal telescopio Subaru alle
Hawaii. Le distanze delle galassie sono state determinate per mezzo dei loro redshift. La distribuzione della materia ordinaria è stata ottenuta dal telescopio XMM-Newton dell’ESA.