Comunicato Stampa

La materia oscura potrebbere essere più regolare del previsto

L'attento studio di una grande area di cielo osservata dal VST rivela un risultato avvincente

07 Dicembre 2016

L'analisi di una nuova, enorme, survey di galassie, effettuata con il VST, il telescopio dell'ESO per survey del VLT, in Cile, suggerisce che la materia oscura possa essere meno densa e distribuita in modo più uniforme di quanto si pensasse. Un'equipe internazionale ha sfruttato i dati della survey KiDS (Kilo Degree Survey) per studiare come la luce proveniente da circa 15 milioni di galassie distanti viene influenzata dall'attrazione gravitazionale della materia sulle scale più grandi nell'Universo. I risultati sembrano non essere in accordo con quelli del satellite Planck.

Hendrik Hildebrandt, dell'Argelander-Institut für Astronomie di Bonn, Germania, e Massimo Viola, del Leiden Observatory, Paesi Bassi, sono a capo di un'equipe di astronomi [1], di vari istituti in tutto il mondo, che hanno elaborato le immagini della survey KiDS (Kilo Degree Survey, o survey da un migliaio di gradi), eseguita con il telescopio per survey del VLT dell'ESO (VST) in Cile. Per l'analisi, hanno usato immagini della survey che coprono cinque diverse aree di cielo, per un totale che corrisponde circa a 2200 volte la dimensione della Luna piena [2], e che contengono circa 15 milioni di galassie.

Sfruttando la squisita qualità delle immagini del VST al sito del Paranal e usando un software innovativo, l'equipe ha potuto condurre una delle misure più precise mai fatte di un effetto noto come "shear cosmico" o forza di taglio cosmica. Questa è una leggera variante dell'effetto di lente gravitazionale debole, in cui la luce emessa da galassie distanti viene lievemente deviata dall'effetto gravitazionale di una grande quantità di materia, come un ammasso di galassie.

Nello "shear cosmico" non sono gli ammassi di galassie, ma le strutture a larga scala dell'Universo a distorcere la luce, cosa che produce un effetto ancora più piccolo. Sono necessarie survey molto ampie e profonde, come KiDS, per garantire che il segnale molto debole dovuto allo "shear cosmico" sia misurabile e possa essere utilizzato dagli astronomi per mappare la distribuzione della  materia che produce gravità. Questo studio considera la più grande area totale di cielo mai mappata finora con questa tecnica.

È curioso che i risultati di questa analisi appaiano in contrasto con quanto dedotto dalle osservazioni del satellite Planck dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), la principale missione spaziale che indaga sulle proprietà fondamentali dell'Universo. In particolare, la misura dell'equipe KiDS di quanto sia addensata la materia nell'Universo - un parametro cosmologico fondamentale - è significativamente più piccola del valore derivato dai dati di Planck [3].

Massimo Viola spiega: "Quest'ultimo risultato indica che la materia oscura nella rete cosmica, che costituisce circa un quarto di tutto il contenuto dell'Universo, è meno disomogenea di quanto ci si aspettasse."

La materia oscura rimane elusiva: la sua presenza viene dedotta solo attraverso gli effetti gravitazionali che produce. Gli studi analoghi a questo sono al momento il miglior modo per determinare la forma, le dimensioni e la distribuzione di questa materia invisibile.

Il risultato sorprendente di questo studio ha anche delle implicazioni per la nostra comprensione più ampia dell'Universo e di come sia evoluto durante la sua storia di quasi 14 miliardi di anni. Questo apparente disaccordo con i risultati già stabiliti da Planck significa che gli astronomi probabilmente devono riformulare la loro spiegazione di alcuni aspetti fondamentali dello sviluppo dell'Universo.

Hendrik Hildebrandt commenta: "Le nostre scoperte aiuteranno a raffinare i modelli teorici che spiegano come l'Universo sia cresciuto dalla sua nascita fino ad oggi."

L'analisi KiDS dei dati del VST è un passo importante, ma i futuri telescopi costruiranno survey del cielo ancora più grandi e più profonde.

Catherine Heymans, dell'Università di Edinburgo nel Regno Unito, anch'essa a capo dello studio, aggiunge: "Dipanare tutti i fatti accaduti dal momento del Big Bang è una sfida complessa, ma continuando a studiare i cieli distanti possiamo costruire un modello di come si sia evoluto il nostro moderno Universo."

"Vediamo una discrepanza avvincente con la cosmologia di Planck, in questo momento. Le missioni future come il satellite Euclid e LSST (Large Synoptic Survey Telescope) ci permetteranno di ripetere queste misure e capire meglio che cosa l'Universo ci sta veramente dicendo," conclude Konrad Kuijken (Leiden Observatory, Paesi Bassi), investigatore principale della survey KiDS.

Note

[1] L'equipe internazione di KiDS comprende ricercatori provenienti da Germania, Paesi Bassi, Regno Unito, Australia, Italia, Malta e Canada.

[2] L'area corrisponde a circa 450 gradi quadrati, poco più dell'1% dell'intero cielo

[3] Il parametro misurato si chiama S8 e il suo valore è una combinazione della dimensione delle fluttuazioni di densità e della densità media di una sezione dell'Universo. Fluttuazioni grandi in una zona di bassa densità hanno un effetto simile a fluttuazioni di più piccola ampiezza in zone più dense e le due situazioni non possono essere identificate tramite osservazioni di lente gravitazionale debole. Il numero 8 si riferisce a una cella di 8 Mpc di lato, che viene usata per convenzione in questi studi.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing”, di H. Hildebrandt et al., che verrà pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L'equipe è composta da H. Hildebrandt (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), M. Viola (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), C. Heymans (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito), S. Joudaki (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), K. Kuijken (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), C. Blake (Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), T. Erben (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), B. Joachimi (University College London, London, Regno Unito), D Klaes (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), L. Miller (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Regno Unito), C.B. Morrison (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), R. Nakajima (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), G. Verdoes Kleijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Paesi Bassi), A. Amon (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito), A. Choi (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito), G. Covone (Department of Physics, University of Napoli Federico II, Napoli, Italia), J.T.A. de Jong (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), A. Dvornik (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), I. Fenech Conti (Institute of Space Sciences and Astronomy (ISSA), University of Malta, Msida, Malta; Department of Physics, University of Malta, Msida, Malta), A. Grado (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italia), J. Harnois-Déraps (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada), R. Herbonnet (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), H. Hoekstra (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), F. Köhlinger (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), J. McFarland (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Paesi Bassi), A. Mead (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada), J. Merten (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Regno Unito), N. Napolitano (INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italia), J.A. Peacock (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito), M. Radovich (INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italia), P. Schneider (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), P. Simon (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), E.A. Valentijn (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Paesi Bassi), J.L. van den Busch (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn, Germania), E. van Uitert (University College London, London, Regno Unito) e L. van Waerbeke (Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Tel.: +31 (0)71 527 8442
E-mail: viola@strw.leidenuniv.nl

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1642.