Uno studio della distribuzione della materia oscura nell’universo primordiale

Una rappresentazione artistica della combinazione tra le osservazioni ottenute nell'indagine HSC-SSP e i dati della radiazione cosmica di fondo rilevati dalla sonda spaziale Planck Surveyor
Un articolo pubblicato sulla rivista “Physical Review Letters” riporta i risultati di un’analisi della distribuzione della materia oscura attorno a un milione e mezzo di galassie primordiali. Un team di ricarcatori guidato da Hironao Miyatake dell’Università giapponese di Nagoya ha usato osservazioni condotte con il telescopio Subaru e ha analizzato dati raccolti dalla sonda spaziale Planck Surveyor per rilevare la distorsione del fondo cosmico a microonde.

I risultati di questo studio mostrano le fluttuazioni nella distribuzione della materia oscura nell’universo primordiale che hanno portato a disomogeneità nell’aggregazione della materia ordinaria che ha formato le galassie. Quell’aggregazione è inferiore a quanto previsto dal modello Lambda-CDM, quello che attualmente descrive meglio le osservazioni. L’incertezza risiede nella difficoltà di ottenere risultati precisi nell’esame di galassie molto lontane.

Per ottenere osservazioni di qualità di galassie primordiali lontane oltre 12 miliardi di anni luce dalla Terra, gli astronomi usano lenti gravitazionali. La distorsione generata dalla forza di gravità di una galassia è uno dei modi indiretti di esaminare la materia oscura al suo interno. Quando però la galassia che agisce da lente è molto lontana è difficile valutare esattamente la distorsione che causa nell’immagine di oggetti ancor più lontani e ciò a sua volta rende difficile valutare la quantità di materia oscura al suo interno.

Per cercare di aggirare questa difficoltà nell’esame di galassie molto lontane, il team di Hironao Miyatake ha provato a usare i dati riguardanti il fondo cosmico a microonde. La sonda spaziale Planck Surveyor dell’ESA ha misurato quella che è considerata la radiazione fossile del Big Bang permettendo di ottenere varie mappe sempre più precise fino ad arrivare a quella finale pubblicata dall’ESA nel luglio 2018.

La Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) Subaru Strategic Program (SSP) Survey è un censimento cosmico che ha rilasciato i primi dati nel marzo 2017. Per questo studio, ha permesso di identificare circa un milione e mezzo di galassie primordiali che agiscono come lenti gravitazionali. Sono talmente lontane che non ci sono galassie ancor più lontane che permettano di valutarne direttamente gli effetti gravitazionali e quindi la quantità di materia oscura al loro interno. Per questo motivo, i ricercatori hanno usato i dati raccolti dalla sonda spaziale Planck Surveyor per esaminare la distorsione generata da quelle galassie nella radiazione cosmica di fondo.

L’immagine (Cortesia Reiko Matsushita (Nagoya University)), tutti i diritti riservati) mostra una rappresentazione artistica della combinazione tra le osservazioni ottenute nell’indagine HSC-SSP e i dati della radiazione cosmica di fondo rilevati dalla sonda spaziale Planck Surveyor.

Secondo il modello Lambda-CDM, sottili fluttuazioni nella radiazione cosmica di fondo forma aggregazioni di materia densamente raggrumata attraendo la materia circostante con la propria forza di gravità. Ciò genera grumi disomogenei che formano stelle e intere galassia in queste regioni dense.

I risultati ottenuti in questo studio suggeriscono che le misurazioni della tendenza a raggrumarsi della materia sia inferiore di quanto predetto dal modello Lambda-CDM. Serviranno ulteriori valutazioni per capire se si tratti di un limite del modello o dei risultati di questo studio. L’incertezza richiede ulteriori studi che potrebbero fornire nuove informazioni sulla natura della materia oscura. Anche altri modelli potrebbero essere messi alla prova, compresi quelli alternativi che non prevedono l’esistenza della materia oscura.

Hironao Miyatake ha ammesso l’incertezza della scoperta e la necessità di misurazioni più precise della distribuzione della materia oscura. La pandemia ha rallentato i lavori di costruzione dell’Osservatorio Vera C. Rubin in Cile, dove è già prevista l’indagine cosmologica Legacy Survey of Space and Time (LSST), che potrebbe fornire dati preziosi anche negli studi riguardanti la materia oscura. Insomma, si tratta di un tipo di studio che vedrà nuovi progressi nei prossimi anni per scoprire alcuni dei segreti del cosmo.

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