Tutti sanno che le galassie sono enormi raccolte di stelle. Una singola galassia può contenere centinaia di miliardi di essi. Ma esiste un tipo di galassia che non ha stelle. Esatto: zero stelle.
Queste galassie sono chiamate Galassie oscure o Galassie della materia oscura. E piuttosto che costituiti da stelle, sono costituiti principalmente da materia oscura. La teoria prevede che dovrebbero esserci molte di queste galassie oscure nane nell'aureola attorno a galassie "normali", ma trovarle è stato difficile.
Ora, in un nuovo documento che sarà pubblicato sull'Astrophysical Journal, Yashar Hezaveh dell'Università di Stanford in California, e il suo team di colleghi, annunciano la scoperta di uno di questi oggetti. Il team ha sfruttato le potenzialità dell'array Atacamas Large Millimeter Array per esaminare un anello di Einstein, così chiamato perché la teoria della relatività generale di Einstein predisse il fenomeno molto prima che si osservasse.
Un anello di Einstein è quando l'enorme gravità di un oggetto vicino distorce la luce da un oggetto molto più distante. Funzionano in modo molto simile all'obiettivo di un telescopio o persino con un paio di occhiali. La massa del vetro nell'obiettivo dirige la luce in entrata in modo tale che gli oggetti distanti vengano ingranditi.
Gli anelli di Einstein e la lente gravitazionale consentono agli astronomi di studiare oggetti estremamente distanti, osservandoli attraverso una lente di gravità. Ma consentono anche agli astronomi di saperne di più sulla galassia che agisce da obiettivo, cosa che è accaduta in questo caso.
Se una lente di vetro avesse delle minuscole macchie d'acqua, quelle macchie aggiungerebbero una minuscola distorsione all'immagine. Questo è ciò che è accaduto in questo caso, ad eccezione delle microscopiche gocce d'acqua su una lente, le distorsioni sono state causate da minuscole galassie nane costituite da materia oscura. “Possiamo trovare questi oggetti invisibili nello stesso modo in cui puoi vedere le gocce di pioggia su una finestra. Sai che sono lì perché distorcono l'immagine degli oggetti di sfondo ”, ha spiegato Hezaveh. La differenza è che l'acqua distorce la luce per rifrazione, mentre la materia distorce la luce per gravità.
Man mano che la struttura ALMA aumentava la sua risoluzione, gli astronomi studiavano diversi oggetti astronomici per testarne le capacità. Uno di questi oggetti era SDP81, l'obiettivo gravitazionale nell'immagine sopra. Mentre esaminavano la galassia più lontana su cui si basava SDP81, scoprirono piccole distorsioni nell'anello della galassia distante. Hezaveh e il suo team concludono che queste distorsioni segnalano la presenza di una Galassia oscura nana.
Ma perché importa tutto questo? Perché c'è un problema nell'Universo, o almeno nella nostra comprensione di esso; un problema di massa mancante.
La nostra comprensione della formazione della struttura dell'Universo è piuttosto solida, almeno su scala più ampia. Le previsioni basate su questo modello concordano con le osservazioni del Cosmic Microwave Background (CMB) e del raggruppamento di galassie. Ma la nostra comprensione si rompe un po 'quando si tratta della struttura su scala minore dell'Universo.
Un esempio della nostra mancanza di comprensione in quest'area è quello che è noto come il problema del satellite mancante. La teoria prevede che ci dovrebbe essere una grande popolazione di quelli che sono chiamati oggetti sub-alone nell'aureola della materia oscura che circonda le galassie. Questi oggetti possono variare da oggetti grandi come le nuvole di Magellano fino ad oggetti molto più piccoli. Nelle osservazioni del gruppo locale, vi è un marcato deficit di questi oggetti, in sintonia con un fattore 10, rispetto alle previsioni teoriche.
Poiché non li abbiamo trovati, deve succedere una delle due cose: o possiamo migliorare nel trovarli o modifichiamo la nostra teoria. Ma sembra un po 'troppo presto per modificare le nostre teorie sulla struttura dell'Universo perché non abbiamo trovato qualcosa che, per sua stessa natura, è difficile da trovare. Ecco perché questo annuncio è così importante.
L'osservazione e l'identificazione di una di queste Galassie Nane Oscure dovrebbe aprire di più la porta. Una volta trovati altri, possiamo iniziare a costruire un modello della loro popolazione e distribuzione. Quindi, se in futuro si trovano più di queste Galassie Nane Oscure, ciò confermerà gradualmente la nostra comprensione globale della formazione e della struttura dell'Universo. E significherà che siamo sulla strada giusta quando si tratta di capire il ruolo di Dark Matter nell'Universo. Se non riusciamo a trovarli, e quello legato all'alone di SDP81 risulta essere un'anomalia, allora teoricamente è tornato al tavolo da disegno.
Ci sono voluti molti cavalli per rilevare la Galassia Nana Oscura legata a SDP81. Gli anelli di Einstein come SDP81 devono avere un'enorme massa per esercitare un effetto di lente gravitazionale, mentre le Galassie Nane Oscure sono minuscole in confronto. È un classico problema di "ago in un pagliaio", e Hezaveh e il suo team avevano bisogno di un'enorme potenza di calcolo per analizzare i dati di ALMA.
ALMA e la metodologia sviluppata da Hezaveh e dal suo team spero di far luce sulle Galassie Nane Oscure in futuro. Il team pensa che ALMA abbia un grande potenziale per scoprire più di questi oggetti alone, che a loro volta dovrebbero migliorare la nostra comprensione della struttura dell'Universo. Come si dice nella conclusione del loro articolo, "... le osservazioni ALMA hanno il potenziale per far avanzare significativamente la nostra comprensione dell'abbondanza della sottostruttura della materia oscura".
