La materia oscura è stata una sorta di mistero sin da quando è stata proposta per la prima volta. Oltre a cercare di trovare alcune prove dirette della sua esistenza, negli ultimi decenni gli scienziati hanno anche sviluppato modelli teorici per spiegare come funziona. Negli ultimi anni, la concezione popolare è stata che Dark Matter è "freddo" e distribuito in gruppi in tutto l'Universo, un'osservazione supportata dai dati della missione Planck.
Tuttavia, un nuovo studio prodotto da un team internazionale di ricercatori dipinge un quadro diverso. Usando i dati del Kilo Degree Survey (KiDS), questi ricercatori hanno studiato come la luce proveniente da milioni di galassie distanti fosse influenzata dall'influenza gravitazionale della materia sulla scala più grande. Ciò che hanno scoperto è che Dark Matter sembra distribuito più uniformemente nello spazio di quanto si pensasse in precedenza.
Negli ultimi cinque anni, il sondaggio KiDS ha utilizzato il VLT Survey Telescope (VST) - il più grande telescopio presso l'Osservatorio Parallelo de La Silla dell'ESO in Cile - per rilevare 1500 gradi quadrati del cielo notturno meridionale. Questo volume di spazio è stato monitorato in quattro bande (UV, IR, verde e rosso) utilizzando lenti gravitazionali deboli e misurazioni fotometriche del redshift.
Coerentemente con la teoria della relatività generale di Einstein, la lente gravitazionale implica lo studio di come il campo gravitazionale di un oggetto massiccio piegherà la luce. Nel frattempo, il redshift tenta di misurare la velocità con cui le altre galassie si stanno allontanando dalla nostra misurando la misura in cui la loro luce viene spostata verso l'estremità rossa dello spettro (cioè la sua lunghezza d'onda diventa più lunga più velocemente si allontana la sorgente).
La lente gravitazionale è particolarmente utile quando si tratta di determinare come l'Universo è diventato. Il nostro attuale modello cosmologico, noto come Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), afferma che l'energia oscura è responsabile dell'accelerazione tardiva nell'espansione dell'Universo e che la materia oscura è costituita da particelle enormi che sono responsabili per la formazione di strutture cosmologiche.
Utilizzando una leggera variazione di questa tecnica nota come pura cosmica, il team di ricerca ha studiato la luce proveniente da galassie distanti per determinare come sia deformata dalla presenza delle più grandi strutture nell'Universo (come supercluster e filamenti). Come il Dr. Hendrik Hildebrandt - un astronomo dell'Argelander Institute for Astronomy (AIfA) e l'autore principale del documento - ha detto a Space Magazine via e-mail:
“Di solito si pensa a una grande massa come un ammasso di galassie che provoca questa deviazione della luce. Ma c'è anche materia in tutto l'Universo. La luce proveniente da galassie distanti viene continuamente deviata da questa cosiddetta struttura su larga scala. Ciò si traduce in galassie vicine al cielo che "puntano" nella stessa direzione. È un effetto minuscolo ma può essere misurato con metodi statistici da grandi campioni di galassie. Quando abbiamo misurato la forza con cui le galassie "puntano" nella stessa direzione possiamo dedurre da ciò le proprietà statistiche della struttura su larga scala, ad es. la densità media della materia e la forza con cui la materia è raggruppata / raggruppata. "
Utilizzando questa tecnica, il team di ricerca ha condotto un'analisi di 450 gradi quadrati di dati KiDS, che corrisponde a circa l'1% dell'intero cielo. All'interno di questo volume di spazio, è stato osservato come la luce proveniente da circa 15 milioni di galassie interagisse con tutta la materia che si trova tra loro e la Terra.
Combinando le immagini estremamente nitide ottenute da VST con software avanzati, il team è stato in grado di eseguire una delle misurazioni più precise mai fatte di taglio cosmico. È interessante notare che i risultati non erano coerenti con quelli prodotti dalla missione Planck dell'ESA, che fino ad oggi è stato il mappatore più completo dell'Universo.
La missione Planck ha fornito alcune informazioni meravigliosamente dettagliate e accurate sul CMM (Cosmic Microwave Background). Ciò ha aiutato gli astronomi a mappare l'Universo primordiale, nonché a sviluppare teorie su come la materia era distribuita durante questo periodo. Come ha spiegato Hildebrandt:
“Planck misura molti parametri cosmologici con una precisione squisita dalle fluttuazioni di temperatura del fondo cosmico a microonde, vale a dire processi fisici avvenuti 400.000 anni dopo il Big Bang. Due di questi parametri sono la densità media della materia dell'Universo e una misura di quanto questa materia sia aggregata. Con il taglio cosmico, misuriamo anche questi due parametri ma tempi cosmici molto più tardi (qualche miliardo di anni fa o ~ 10 miliardi di anni dopo il Big Bang), vale a dire nel nostro passato più recente. "
Tuttavia, Hildebrandt e il suo team hanno trovato valori per questi parametri significativamente inferiori a quelli trovati da Planck. Fondamentalmente, i loro risultati di taglio cosmico suggeriscono che c'è meno materia nell'Universo e che è meno raggruppata di quanto previsto dai risultati di Planck. È probabile che questi risultati avranno un impatto sugli studi cosmologici e sulla fisica teorica nei prossimi anni.
Allo stato attuale, Dark Matter rimane non rilevabile utilizzando metodi standard. Come i buchi neri, la sua esistenza può essere dedotta solo dagli effetti gravitazionali osservabili che ha sulla materia visibile. In questo caso, la sua presenza e natura fondamentale sono misurate da come ha influenzato l'evoluzione dell'Universo negli ultimi 13,8 miliardi di anni. Ma poiché i risultati sembrano essere contrastanti, gli astronomi potrebbero ora dover riconsiderare alcune delle loro nozioni precedentemente sostenute.
"Esistono diverse opzioni: poiché non comprendiamo gli ingredienti dominanti dell'Universo (materia oscura ed energia oscura) possiamo giocare con le proprietà di entrambi", ha affermato Hildebrandt. "Ad esempio, diverse forme di energia oscura (più complesse della possibilità più semplice, che è la" costante cosmologica "di Einstein) potrebbero spiegare le nostre misurazioni. Un'altra possibilità interessante è che questo è un segno che le leggi della gravità sulla scala dell'Universo sono diverse dalla Relatività Generale. Tutto ciò che possiamo dire per ora è che qualcosa sembra non essere del tutto giusto! ”
