Comunicato Stampa

Primi segni di materia oscura auto-interagente?

La materia oscura potrebbe essere, dopo tutto, non del tutto oscura

15 Aprile 2015

Per la prima volta la materia oscura potrebbe essere stata osservata in interazione con altra materia oscura in un modo diverso dall'attrazione gravitazionale. L'osservazione di galassie in collisione effettuata con il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA hanno raccolto i primi interessanti indizi sulla natura di questa misteriosa componente dell'Universo.

Usando lo strumento MUSE installato sul VLT dell'ESO in Cile, insieme con immagini del telescopio orbitante Hubble, un'equipe di astronomi ha studiato la collisione simultanea di quattro galassie nell'ammasso di galassie Abell 3827. L'equipe ha potuto tracciare l'ubicazione della massa all'interno del sistema e confrontare la distribuzione della materia oscura con la posizione delle galassie luminose.

Anche se la materia oscura non si vede, l'equipe ha potuto dedurne la posizione usando una tecnica chiamata lente gravitazionale. La collisione è avvenuta per caso proprio davanti a una sorgente molto più distante e non correlata. La massa della materia oscura intorno alle galassie in collisione ha distorto lo spazio tempo, deviando il percorso dei raggi di luce provenienti dalla lontana galassia di fondo - e distorcendone l'immagine nelle caratteristiche forme arcuate.

La teoria corrente è che tutte le galassie si formino all'interno di grumi di materia oscura. Senza l'effetto vincolante della gravità dovuta alla materia oscura, galassie come la Via Lattea andrebbero a pezzi nella rotazione. Per evitarlo, l'85% della massa dell'Universo [1] deve esistere sotto forma di materia oscura, eppure la sua vera natura rimane ancora misteriosa.

In questo studio, i ricercatori hanno osservato le quattro galassie interagenti e hanno trovato che un grumo di materia oscura era apparentmente rimasto indietro rispetto alla galassia che circonda. La materia oscura è ora a circa 5000 anni luce (50 000 milioni di milioni di chilometri) indietro rispetto alla galassia - la sonda Voyager della NASA impiegherebbe 90 milioni di anni a coprire questa distanza.

Un ritardo tra la materia oscura e la galassia ad essa associata è previsto durante la collisione se la materia oscura interagisce con se stessa, anche se debolmente, grazie a forze diverse dalla gravità [2]. La materia oscura non è mai stata osservata prima d'ora interagire in modo diverso dalla forza di gravità.

Il primo autore Richard Massey dell'Università di Durham spiega: "Eravamo abituati a pensare che la materia oscura stesse lì tranquilla, badando solo a se stessa, fatta eccezione per l'attrazione gravitazionale. Ma se la materia oscura venisse rallentata durante la collisione, potrebbe essere la prima evidenza di una diversa fisica nella zona oscura - l'Universo nascosto intorno a noi".

I ricercatori fanno notare che servono ulteriori indagini su altri effetti che possano produrre un ritardo. Dovranno essere eseguite osservazioni simili su altre galassie e simulazioni numeriche dello scontro tra galassie.

Liliya Williams dell'Università di Minnesota, altro membro dell'equipe, aggiunge: "Sappiamo che la materia oscura esiste a causa della sua interazione gravitazionale, che aiuta a dare una forma all'Universo, ma sappiamo poco, in modo addiritttura imbarazzante, su cosa sia in realtà la materia oscura. Le nostre osservazioni suggeriscono che la materia oscura interagisca con forze diverse dalla gravità, dimostrando che possiamo scartare alcune delle teorie fondamentali sulla composizione della materia oscura".

Questo risultato discende da un altro recente di questa stessa equipe, che ha osservato 72 scontri tra ammassi di galassie [3] e trovato che la materia oscura interagisce molto poco con se stessa. Il nuovo lavoro invece riguarda il moto delle singole galassie, invece che degli ammassi di galassie. I ricercatori sostengono che lo scontro tra queste galassie potrebbe essere durato più a lungo che la collisione osservata nello studio precedente - permettendo agli effetti di una forza di attrito anche minima di crescere nel tempo e produrre un ritardo misurabile [4].

Presi insieme, questi due risultati restringono per la prima volta i possibili comportamenti della materia oscura" la materia oscura interagisce più di questo, ma meno di quello. Massey ha aggiunto: "Stiamo finalmente costringendo la materia oscura all'angolo, spingendo la nostra conoscenza da due direzioni diverse".

Note

[1] Gli astronomi hanno trovato che il contenuto totale di massa / energia dell'Universo è diviso in proporzione del 68% di l'energia oscura, 27% di materia oscura e 5% di materia "normale". Perciò la frazione dell'85% si riferisce alla frazione di "materia" che è oscura.

[2] Simulazioni al computer mostrano che l'attrito aggiuntivo dovuto alla collisione farebbe rallentare la materia oscura. La natura dell'interazione rimane non nota; potrebbe essere causata da effetti ben noti o da qualche forza esotica ancora sconosciuta. Tutto ciò che si può dire a questo punto è che non è la gravità.

Tutte e quattro le galassie potrebbero essere state separate dalla loro materia oscura. Ma le misure sono buone per una sola galassia, poichè per caso è ben allineata con l'oggetto di fondo, distorto dalla lente gravitazionale. Con le altre tre galassie, le immagini dovute alla lente sono più lontane e perciò i vincoli imposti sulla posizione della materia oscura sono troppo poco stringenti per trarre conclusioni significative dal punto di vista statistico.

[3] Gli ammassi di galassie contengono fino a migliaia di singole galassie.

[4] L'incertezza maggiore sul risultato è la durata della collisione: l'attrito che rallenta la materia oscura potrebbe essere dovuto a una forza molto debole che agisce per un miliardo di anni o una forza relativamente più intensa che agisce per "solo" 100 milioni di anni.

Ulteriori Informazioni

Questa ricerca è stata presentata in un articolo intitolato “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827” che verrà pubblicato sulla rivsita Monthly Notices of the Royal Astronomical Society il 15 aprile 2015.

L'equipe è composta da R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Regno Unito), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, Regno Unito), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Regno Unito), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, Regno Unito), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Svizzera), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, Regno Unito), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, Regno Unito; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, Sud Africa), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, Regno Unito), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, Sud Africa), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, Francia), A. Leonard (University College London, London, Regno Unito), J. Liesenborgs (Hasselt University, Diepenbeek, Belgio), J. Merten (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA; California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), I. Mohammed (Physik-Institüt, University of Zürich, Zürich, Svizzero), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, Francia), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, Regno Unito), P. Saha (Physik-Institüt, Svizzera), R. Santana (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), J. Stott (Department of Physics, Durham, Regno Unito) e E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito).

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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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1514.