La materia oscura di una galassia nana è nascosta nella deformazione dello spazio-tempo

La materia oscura di una galassia nana è nascosta nella deformazione dello spazio-tempo

Ci sono molte cose che ci eccitano più dei segreti della materia oscura e della curvatura dello spazio-tempo, ma quando sei avvolto in una splendida immagine dell'anello di Einstein, sai che sei in qualcosa di speciale.

Nel 2014, l'Atakam Big millimeter / submillimeter Array Grid (ALMA) in Cile ha osservato uno straordinario fenomeno spaziale durante la campagna Long Baseline. Vide una distinta galassia distorta oltre il riconoscimento dal campo gravitazionale di una massiccia galassia in primo piano. Questo è il cosiddetto "anello di Einstein", dal nome della teoria della relatività generale di Einstein, che predisse che lo spazio-tempo può essere piegato dalla presenza di un potente campo gravitazionale.

In questo caso, in primo piano si trova una galassia di fronte a una galassia più lontana, situata a circa 12 miliardi di anni luce dalla Terra, con il risultato che la luce di una galassia lontana si piega attorno a uno spazio-tempo curvo. Il risultato fu un cerchio quasi perfetto di luce galattica, preso da ALMA come uno degli esempi più importanti di lenti gravitazionali. Le lenti gravitazionali sono comuni nelle osservazioni nello spazio profondo, quando massicce galassie e ammassi di galassie piegano lo spazio-tempo come un foglio di gomma duttile, spesso creando un effetto specchio "curvo" che distorce le forme osservate di galassie lontane la cui luce ha intrapreso un percorso disordinato attraverso un paesaggio spazio temporale impigliato. Ma a volte, come si è scoperto in questo esempio, l'allineamento può essere così perfetto che la luce di una galassia lontana può essere deformata attorno al primo piano simmetrico della galassia, creando un anello simile a una fiamma di una candela dietro una lente d'ingrandimento. Le lenti gravitazionali sono le lenti d'ingrandimento naturali dell'universo e vengono utilizzate con il telescopio spaziale Hubble, ad esempio, per aumentare il suo potere di osservazione nel quadro del progetto Frontier Fields.

Anche se sembra un anello perfetto, questa particolare osservazione della lente gravitazionale "SDP.81" ha alcune minuscole distorsioni dell'anello e gli astronomi hanno usato queste distorsioni per rilevare la presenza di una galassia nana invisibile situata nelle immediate vicinanze della più ampia galassia della lente. E questo piccolo gruppo di stelle è pieno di materia oscura.

"Possiamo trovare questi oggetti invisibili nello stesso modo in cui puoi vedere le gocce di pioggia sulla finestra", ha detto Yashar Hezaveh della Stanford University, California, in una dichiarazione. "Sai che sono lì perché distorcono l'immagine degli oggetti di sfondo." Le gocce di pioggia rifrangono leggermente la luce, distorcendo la luce che passa attraverso la finestra; più o meno allo stesso modo, il campo gravitazionale di una galassia nana invisibile crea lievi distorsioni nell'anello di Einstein, rivelando la sua presenza nella minuscola deformazione dello spaziotempo.

Trovare questa distorsione e capire che era dovuto alla presenza di una galassia invisibile non era un compito facile, e richiedeva enormi costi computazionali, che richiedevano, in particolare, il tempo su uno dei supercomputer più potenti del mondo, la National Science Foundation Blue Waters. A causa della sua vicinanza a una galassia più grande, alla sua massa stimata e alla mancanza di dati ottici, la squadra di Hezaveh pensa di aver trovato una galassia nana molto debole dominata dalla materia oscura.

Secondo le previsioni, le grandi galassie dovrebbero avere una grande popolazione di galassie nane satelliti, ma gli studi astronomici possono rilevare solo alcuni esempi. La nostra galassia, come è noto, ha circa 40 satelliti di questo tipo, ma i modelli prevedono che ce ne dovrebbero essere migliaia di simili.

"Questa discrepanza tra i dati osservati e quelli previsti sul numero di satelliti è stata un problema importante in cosmologia per quasi due decenni, alcuni ricercatori hanno persino definito una" crisi ", ha detto il membro del team Neal Dalal dell'Università dell'Illinois. "Se questi oggetti nani sono fatti di materia oscura, questo può spiegare la discrepanza, suggerendo una nuova comprensione della vera natura della materia oscura."

Ora c'è la speranza che molte altre lenti gravitazionali possano essere studiate per cercare distorsioni causate da altri nani con predominanza della materia oscura, e speriamo di spiegare da dove proviene questa strana disparità di osservazioni rispetto alla teoria. Se riusciamo a farlo, forse potremo meglio chiarire i modelli oscuri della materia e fare un passo avanti nella comprensione del perché la materia oscura costituisca l'85 percento della massa totale nell'universo.

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