Di cosa è fatto l'Universo? Non preoccuparti se non hai idea, neanche gli astronomi. James Jee della Johns Hopkins University ha usato il telescopio spaziale Hubble per creare una mappa dettagliata delle concentrazioni di materia oscura attorno a due galassie. E gli astronomi hanno appena ricevuto alcuni nuovi indizi.
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Fraser Cain: Abbiamo sentito un po 'il termine materia oscura. Puoi darci la comprensione attuale di cosa sia la materia oscura?
Dr. James Jee: Prima di parlare della materia oscura, devo menzionare ciò che gli astronomi ora credono come l'Universo sia entrato in quello che è oggi. Crediamo che il 30% dell'Universo sia costituito da materia, e l'altro 70% sia costituito da energia oscura e che la materia oscura comprenda oltre il 90% della materia nell'Universo. Nessuno ha rilevato materia oscura nei laboratori, quindi non ne conoscono la forma, il colore o l'odore, ma ci sono prove che ci sia. Possiamo rilevarlo dal cosiddetto lente gravitazionale.
Fraser: Di recente hai eseguito un sondaggio utilizzando il telescopio spaziale Hubble per mappare la concentrazione di materia oscura. Qual è stato il processo per farlo?
Dr. Jee: La materia oscura comprende, come ho già detto, il 90% della materia nell'Universo, e il posto migliore dove cercare la materia oscura è dove abbonda di più. Quindi abbiamo indicato il telescopio spaziale Hubble a due dei più interessanti ammassi di galassie che si formavano quando l'Universo aveva la metà della sua età attuale.
Fraser: E cosa hai visto?
Dr. Jee: Abbiamo esaminato la distribuzione spettrale delle galassie di fondo. Esaminando la distorsione di quelle galassie di fondo, siamo stati in grado di determinare la densità della materia oscura in primo piano.
Fraser: Fammi vedere se lo capisco correttamente. Stavi guardando galassie distanti e vedendo il modo in cui la luce stava cambiando mentre veniva verso di noi, sei stato in grado di rilevare dove c'erano ammassi nascosti di materia che la stavano influenzando gravitazionalmente.
Dr. Jee: Esatto. Forse questa è una buona analogia. Supponiamo che tu stia leggendo un articolo di notizie usando una lente d'ingrandimento, puoi inferire la potenza o lo spessore delle lenti esaminando quanto le lettere sembrano più grandi attraverso la lente d'ingrandimento. Allo stesso modo, se osservi la distorsione o l'ingrandimento delle galassie di sfondo, puoi determinare la densità della materia oscura inafferrabile in primo piano.
Fraser: Allora, qual è la relazione tra materia oscura e galassie che possiamo vedere?
Dr. Jee: è la materia dominante nell'Universo e ha gravità. Senza la materia oscura, è molto difficile formare galassie con le strutture su larga scala che vediamo nell'universo di oggi. Quindi, sicuramente, la materia oscura aiuta la formazione di galassie nella struttura su larga scala.
Fraser: È possibile, quindi, che ovunque si stia aggregando la materia oscura, è lì che è probabile che vedremo le galassie?
Dr. Jee: Sì, è fondamentalmente quello che abbiamo trovato nella nostra ricerca. Le persone hanno ipotizzato che la materia oscura sia particelle senza collisione e che la materia oscura e la materia normale debbano esistere insieme. Ma nessuno è stato in grado di determinarlo molto chiaramente perché la materia oscura non emette onde elettromagnetiche. Quello che abbiamo trovato usando l'Hubble è che le galassie luminose si formano nelle regioni più dense di quegli aloni della materia oscura.
Fraser: Se sappiamo che questo tipo di aggregazione sta accadendo - i due sembrano andare di pari passo - questo ti permette di scartare eventuali teorie esistenti su ciò che potrebbe essere questa materia oscura?
Dr. Jee: Sì, questo ci dà molti indizi. Molte persone credono che la materia oscura sia senza collisioni, ma alcuni suggeriscono che potrebbero avere alcune proprietà di collisione come l'idrogeno. Il modo in cui la materia oscura si aggrega ci dà indicazioni su quale sia la materia oscura. Supponiamo che la materia oscura abbia proprietà di collisione, come l'atomo di idrogeno, quindi si scontrano molto frequentemente tra loro e vedremo una distribuzione molto regolare di un alone di materia oscura. Ma abbiamo scoperto che queste strutture sono molto ingombranti, come la massa di una galassia stessa. Ciò indica che le particelle di materia oscura, se presenti, saranno particelle senza collisioni, come la maggior parte delle teorie affermano nell'astronomia di oggi.
Fraser: Oh, capisco, quindi le particelle reali che potrebbero causare questa materia oscura sono così piccole o interagiscono in modo così debole che non si stanno nemmeno confondendo. E se avessero agitato insieme, avresti effettivamente visto uno spruzzo di distribuzione più uniforme. Quindi, in base ai risultati ottenuti, quale sarebbe la fase successiva della tua ricerca?
Dr. Jee: il programma Advanced Camera for Surveys comprende oltre 15 ammassi di galassie molto interessanti. Questi sono solo i primi due risultati. Riteniamo che se completiamo i nostri 15 ammassi di galassie per l'indagine, avremo un quadro più chiaro di come la materia oscura e la materia normale interagiscono, possibilmente per gravità insieme. E potremmo avere un'idea più chiara di come la materia oscura contribuisca alla formazione della struttura su larga scala dell'Universo.
Fraser: E sulla base della ricerca che hai fatto finora, hai una teoria sugli animali domestici per quale potrebbe essere la materia oscura?
Dr. Jee: Beh, se vai sul sito web di Astro-ph, questo è il sito web in cui le persone caricano i loro vari articoli di ricerca e ci sono circa 10 o 15 articoli al giorno. E ci sono molte speculazioni su questo che sono molto attraenti e plausibili. Ma credo che la natura della materia oscura possa ricevere risposta tra 10 o 15 anni, ma stiamo ancora cercando. La nostra ricerca offre una risoluzione senza precedenti della materia oscura in grado di distinguere tra particelle collisionali e senza collisioni.
Fraser: E ci sono altri strumenti diversi da Hubble che possono fare questo lavoro?
Dr. Jee: Siamo in grado di eseguire le lenti gravitazionali usando i telescopi a terra. In effetti, è stato nel 1990 che la gente ha scoperto per la prima volta la materia oscura usando il cristallino. Ma quando si esegue la lente gravitazionale usando un telescopio terrestre, la risoluzione è così scarsa. In altre parole, la turbolenza atmosferica imbratterà la lente gravitazionale, quindi non possiamo vedere un'immagine di altissima qualità della materia oscura. Ma se usiamo il telescopio nello spazio, allora non offusca la forma dell'immagine di sfondo in modo da preservare il segnale dell'obiettivo gravitazionale. Possiamo ottenere un'immagine ad altissima risoluzione della distribuzione della materia oscura.
Fraser: E uno strumento più grande ti darebbe un'immagine migliore.
Dr. Jee: Sicuramente. Il prossimo telescopio è il JWST (James Webb Space Telescope) che aumenterà efficacemente la risoluzione del significato della materia oscura di un fattore di 10 o più.
Fraser. Pensi di vedere qualcosa di significativamente diverso con la risoluzione 10x?
Dr. Jee: La forma globale della distribuzione della materia oscura non cambierà molto, ma in tal caso potremmo essere in grado di confrontare la struttura della materia oscura rispetto alle galassie. In tal caso, potremmo essere in grado di rispondere se le particelle di materia oscura hanno alcune proprietà collisionali. All'inizio, ho detto che ciò che ho trovato è coerente con l'ipotesi senza collisioni. Ma ci sono stati alcuni suggerimenti secondo cui le particelle di materia oscura potrebbero avere proprietà collisionali molto piccole. Quindi potremmo determinare lo scostamento tra materia oscura e materia galattica. Ciò ti dà molti possibili vincoli sulle sezioni trasversali collisionali tra particelle di materia normale e materia oscura.
Questa ricerca è stata riportata sulla rivista Space il 13 dicembre 2005.
