Vista di Hubble sul massiccio ammasso di galassie MACS J0717.5 + 3745. Credito:
NASA, ESA, Harald Ebeling (Università delle Hawaii a Manoa) e Jean-Paul Kneib (LAM)
All'inizio di quest'anno, gli astronomi che utilizzavano il telescopio spaziale Hubble sono stati in grado di identificare un sottile filamento di materia oscura che sembrava legare insieme una coppia di galassie distanti. Ora, è stato trovato un altro filamento e gli scienziati sono stati in grado di produrre una vista tridimensionale del filamento, la prima volta in assoluto che la materia oscura difficile da rilevare è stata misurata in modo così dettagliato. I loro risultati suggeriscono che il filamento ha una massa elevata e, dicono i ricercatori, che se queste misurazioni sono rappresentative del resto dell'Universo, queste strutture possono contenere più della metà di tutta la massa dell'Universo.
Si pensa che la materia oscura abbia fatto parte dell'Universo sin dall'inizio, un residuo del Big Bang che ha creato la spina dorsale per la struttura su larga scala dell'Universo.
"I filamenti della rete cosmica sono enormemente estesi e molto diffusi, il che li rende estremamente difficili da rilevare, per non parlare dello studio in 3D", ha affermato Mathilde Jauzac, del Laboratoire d'Astrophysique di Marsiglia in Francia e Università di KwaZulu-Natal, nel sud Africa, autore principale dello studio.
Il team ha combinato immagini ad alta risoluzione della regione intorno al massiccio ammasso di galassie MACS J0717.5 + 3745 (o in breve MACS J0717) - uno dei più grandi ammassi di galassie conosciuti - e ha scoperto che il filamento si estende per circa 60 milioni di anni luce da il cluster.
Il team ha affermato che le loro osservazioni forniscono il primo assaggio diretto della forma dell'impalcatura che conferisce all'Universo la sua struttura. Hanno usato Hubble, il Subaru Telescope della NAOJ e il Canada-Francia-Hawaii Telescope, con dati spettroscopici sulle galassie al suo interno dall'Osservatorio Weck Keck e dall'Osservatorio Gemini. Analizzando queste osservazioni insieme si ottiene una visione completa della forma del filamento che si estende dal cluster di galassie quasi lungo la nostra linea di vista.
Il team ha dettagliato la sua "ricetta" per studiare il vasto ma diffuso filamento. .
Primo ingrediente: un obiettivo promettente. Le teorie sull'evoluzione cosmica suggeriscono che gli ammassi di galassie si formano dove i filamenti della rete cosmica si incontrano, con i filamenti che incanalano lentamente la materia negli ammassi. "Dal nostro precedente lavoro su MACS J0717, sapevamo che questo cluster stava attivamente crescendo, e quindi un obiettivo primario per uno studio dettagliato della rete cosmica", spiega il coautore Harald Ebeling (Università delle Hawaii a Manoa, USA), che ha guidato il team che ha scoperto MACS J0717 quasi un decennio fa.
Secondo ingrediente: tecniche avanzate di lente gravitazionale. La famosa teoria della relatività generale di Albert Einstein afferma che il percorso della luce è piegato quando passa attraverso o vicino a oggetti con una grande massa. I filamenti della rete cosmica sono in gran parte costituiti da materia oscura [2] che non può essere vista direttamente, ma la loro massa è sufficiente per piegare la luce e distorcere le immagini delle galassie sullo sfondo, in un processo chiamato lente gravitazionale. Il team ha sviluppato nuovi strumenti per convertire le distorsioni dell'immagine in una mappa di massa.
Terzo ingrediente: immagini ad alta risoluzione. La lente gravitazionale è un fenomeno sottile, e per studiarlo sono necessarie immagini dettagliate. Le osservazioni di Hubble consentono al team di studiare la deformazione precisa nelle forme di numerose galassie con lenti. Questo a sua volta rivela dove si trova il filamento nascosto della materia oscura. "La sfida", spiega il co-autore Jean-Paul Kneib (LAM, Francia), "era trovare un modello della forma del cluster che corrispondesse a tutte le caratteristiche dell'obiettivo che abbiamo osservato".
Infine: misure di distanze e movimenti. Le osservazioni di Hubble sul cluster forniscono la migliore mappa bidimensionale di un filamento, ma per vederne la forma in 3D sono state necessarie ulteriori osservazioni. Immagini a colori [3], nonché velocità della galassia misurate con spettrometri [4], utilizzando i dati dei telescopi Subaru, CFHT, WM Keck e Gemini North (tutti su Mauna Kea, Hawaii), hanno permesso al team di localizzare migliaia di galassie all'interno del filamento e per rilevare i movimenti di molti di essi.
È stato costruito un modello che combinava informazioni sulla posizione e sulla velocità per tutte queste galassie e questo ha rivelato la forma 3D e l'orientamento della struttura filamentosa. Di conseguenza, il team è stato in grado di misurare le vere proprietà di questa sfuggente struttura filamentosa senza le incertezze e le inclinazioni che derivano dalla proiezione della struttura su due dimensioni, come è comune in tali analisi.
I risultati ottenuti spingono i limiti delle previsioni fatte dal lavoro teorico e dalle simulazioni numeriche della rete cosmica. Con una lunghezza di almeno 60 milioni di anni luce, il filamento MACS J0717 è estremo anche su scala astronomica. E se il suo contenuto di massa misurato dalla squadra può essere considerato rappresentativo di filamenti vicino a ammassi giganti, allora questi collegamenti diffusi tra i nodi della rete cosmica possono contenere ancora più massa (sotto forma di materia oscura) di quanto i teorici prevedessero.
Maggiori informazioni in questo video HubbleCast dell'ESA:
Fonte: ESA Hubble
