L'ammasso di galassie Abell 383 in multifrequenza. Crediti: X-ray: NASA/CXC/Caltech/A.Newman et al/Tel Aviv/A.Morandi & M.Limousin; Optical: NASA/STScI, ESO/VLT, SDSS
Non abbiamo la benché minima idea di che cosa sia. Però sappiamo quanta ce n’è: tantissima, sei volte la materia normale. E stiamo imparando sempre meglio a capire dove si trova, al punto da poterla rappresentare su una carta geografica. Ora persino in 3D. La sfuggente entità di cui parliamo è la materia oscura. La nuova mappa a tre dimensioni, una fra le più dettagliate mai prodotte, ne traccia la distribuzione in Abell 383, un ammasso di galassie a 2.3 miliardi di anni luce da noi. E, contrariamente a quanto suggerirebbe l’intuito, non segue una forma sferoidale: la materia oscura di Abell 383, stando a quanto emerge dai dati, sembra piuttosto preferire la caratteristica sagoma ovale d’un pallone da rugby.
Questo il risultato di due ricerche, la prima appena pubblicata su ApJ e la seconda in uscita su Monthly Notices, realizzate studiando l’effetto di lente gravitazionale sull’emissione in raggi X, rilevata dal telescopio spaziale Chandra della NASA, e sulle immagini ottiche riprese dallo Hubble Space Telescope e da tre telescopi terrestri: il Very Large Telescope dell’ESO, quello della Sloan Digital Sky Survey e Subaru, l’8.2 metri giapponese che si erge sulla cima del Mauna Kea, alle Hawaii. Analizzando la distorsione indotta dall’attrazione gravitazione della materia – oscura e non – di Abell 383 sulla luce delle galassie che si trovano alle spalle dell’ammasso, gli astronomi sono riusciti a ricostruire non solo la proiezione bidimensionale della dark matter, ma anche come essa è distribuita in profondità, lungo la linea di vista: dunque, in 3D.
La ricerca pubblicata su ApJ è stata coordinata da Andrew Newman e da Tommaso Treu, astrofisico laureato a Pisa che, dopo un PhD alla Scuola Normale Superiore, si è trasferito negli Stati Uniti, dove è professore di fisica all’Università di California a Santa Barbara. Integrando le osservazioni dell’effetto di lente gravitazionale con la misurazione della velocità delle stelle presenti nella galassia al centro dell’ammasso, effettuata grazie a osservazioni con il 10 metri del Keck, Treu e colleghi sono anche riusciti a evidenziare un’anomalia rispetto ai modelli correnti: mano a mano che ci si sposta verso il centro dell’ammasso, non si registra un aumento della densità di materia oscura, non almeno con l’intensità attesa.
Anche lo studio in uscita su Monthly Notices è guidato da un astrofisico italiano: Andrea Morandi, laureato e dottorato a Bologna, e ora ricercatore al Wise Observatory di Tel Aviv, in Israele. Ed è stato proprio Morandi, insieme al collega Marceau Limousin, a determinare l’orientamento della palla da rugby di materia oscura in Abell 383. Media INAF lo ha intervistato:
L'astrofisico Andrea Morandi
Andrea Morandi, come siete riusciti a ricostruire la distribuzione in 3D della materia oscura di Abell 383?
La premessa è che in Astronomia noi vediamo immagini 2D di sorgenti nel cielo, un po’ come nelle immagini che scattiamo con la nostra macchina fotografica. Il mio lavoro propone una nuova tecnica per ricostruire l’immagine 3D di un ammasso combinando dati in diverse lunghezze d’onda, come in un visione cinematografica 3D atta a trasmettere la sensazione di tridimensionalità degli oggetti. L’idea generale è la seguente: supponiamo di partire da un ammasso ideale sferico, a cui corrisponde una certa temperatura, misurata tramite emissione di raggi X, e una massa, misurata tramite il cosiddetto fenomeno di lensing gravitazionale visibile in ottico. Se aggiungiamo massa lungo la linea di vista, in modo da avere un ammasso allungato nella direzione della profondità (una sorta di pallone da rugby), questo aumenterà sia la temperatura che la massa dell’ammasso, calcolabili teoricamente. Quindi, combinando dati di raggi X e ottici, è possibile ricostruire la profondità, e più in generale la struttura 3D degli ammassi.
La dark matter sembra non interagire con nulla. Nemmeno con se stessa?
Alcuni ricercatori hanno postulato il concetto di materia oscura self-interacting, cioè che interagisce con se stessa oltre che con la materia barionica (la materia ordinaria che ci circonda), come mezzo per affrontare numerose discrepanze tra osservazioni di aloni di materia oscura e le previsioni dei modelli. Tuttavia, allo stato attuale della ricerca, non esistono forti evidenze che la materia oscura sia self-interacting piuttosto che non-interacting, come comunemente assunto.
Per vedere la materia invisibile, quanto contano gli strumenti d’osservazione, quanto la teoria o i modelli, e quanto l’intuito di voi ricercatori?
Tutti questi elementi sono chiaramente importanti. Tuttavia credo che soprattutto l’intuizione mi abbia guidato a questa scoperta. Mi piace pensare che nonostante la tecnologia e i modelli fisici avanzati usati per questo studio, qualcosa di irrazionale nella mente umana come l’intuito abbia fatto scaturire questa scoperta, portandomi ad una visione di insieme del problema.
Un astronomo bolognese a Tel Aviv: come ci è arrivato?
Come capita spesso ai ricercatori italiani, sono dovuto “emigrare” dopo il dottorato a Bologna. Ho avuto un postdottorato prima a Copenaghen, poi a Tel Aviv. Israele è un paese molto bello e multiculturale, che consiglio vivamente di visitare. Mi sono trovato bene anche in termini di lavoro… l’unica nota negativa è che fa un gran caldo!
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo “The Dark Matter Distribution in Abell 383: Evidence for a Shallow Density Cusp from Improved Lensing, Stellar Kinematic and X-ray Data“, di Andrew B. Newman, Tommaso Treu, Richard S. Ellis e David J. Sand
- Leggii l’articolo “Triaxiality, principal axis orientation and non-thermal pressure in Abell 383“, di Andrea Morandi e Marceau Limousin