L’immagine raffigura la prima mappa DES che permette di tracciare in maniera dettagliata la materia oscura in una vasta area di cielo. La scala in falsi colori rappresenta la densità di massa: in rosso e giallo le regioni dove la densità è più elevata. Le mappe di materia oscura concordano con l’attuale modello della distribuzione della massa nell’Universo dove enormi filamenti di materia si allineano con le galassie e gli ammassi. Gli ammassi di galassie sono rappresentati dai puntini grigi la cui dimensione riflette la dimensione dell’ammasso. La presente mappa copre il 3% dell’area di cielo che sarà osservata da DES nel corso dei suoi cinque anni di missione. Credit: Dark Energy Survey
Per la materia oscura potrebbe essere davvero difficile continuare a giocare a nascondino. Oggi, un gruppo internazionale di ricercatori ha pubblicato i primi dati relativi ad una nuova mappa della distribuzione spaziale della materia oscura grazie ai dati ottenuta dalla Dark Energy Survey (DES). I risultati, pubblicati su Physical Review Letters, suggeriscono che la relazione tra la mappa della distribuzione visiva delle galassie e quella relativa alla distribuzione della massa è molto vicina a quella predetta dai modelli basati sulle simulazioni cosmologiche che includono l’espansione accelerata dell’Universo.
La caccia alla materia oscura non ha tregua. Di recente abbiamo già scritto su queste pagine del progetto VST KiDS e dei primi risultati basati su osservazioni effettuate nell’emisfero sud grazie al VLT Survey Telescope (VST), il telescopio a grande campo di vista realizzato dall’INAF – Osservatorio Astronomico di Capodimonte, e installato accanto al Very Large Telescope dell’ESO, presso l’Osservatorio del Paranal in Cile (vedasi KIDS per materia oscura). La Kilo Degree Survey permetterà, infatti, di realizzare misure accurate della materia oscura, della struttura degli aloni delle galassie ottenendo così nuovi indizi sull’evoluzione e formazione delle galassie stesse e degli ammassi in cui esse risiedono.
Ma torniamo alla DES, attualmente in corso al telescopio Blanco situato in Cile. Si tratta di una survey cosmologica che è stata concepita per osservare circa 1/8 del cielo visibile. Lo scopo principale della survey è quello di caratterizzare meglio la natura dell’energia oscura, quell’enigmatica componente che pare sia responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo. Queste mappe, realizzate con una delle più potenti macchine fotografiche digitali al mondo, costituiscono il più importante progetto di mappatura contigua, con un livello di dettaglio che promette di migliorare significativamente la nostra comprensione del processo di formazione galattica e il ruolo che la materia oscura ricopre (vedasi La materia oscura, in pianta).
Ora, uno dei modi di far questo è quello di studiare la distribuzione e l’evoluzione della materia oscura. Gli scienziati stimano che la materia ordinaria costituisca solo 1/5 della massa totale presente nell’Universo, il resto è proprio “oscuro”, un termine appropriato poiché questa sostanza non assorbe o emette luce. «Gli scienziati hanno bisogno di ricorrere a misure molto precise della distribuzione spaziale di tutta la materia presente nell’Universo in modo da realizzare esperimenti accurati», spiega Vinu Vikraman, ricercatore post-doc presso lo US Department of Energy’s Argonne National Laboratory e co-autore dello studio. «Non sappiamo che cosa sia realmente la materia oscura nè siamo in grado di localizzarla direttamente. Questa mappa rappresenterà uno strumento di fondamentale importanza per la cosmologia in quanto permetterà di dare una serie di risposte a queste domande, tra cui quelle che riguardano appunto l’origine e la natura dell’energia oscura».
Eseguendo un confronto tra la mappa della distribuzione delle galassie e quella della distribuzione della massa ottenuta dal weak lensing è possbile vedere come la distribuzione delle galassie segue la distribuzione spaziale della materia oscura. Credit: Vinu Vikraman / Argonne National Laboratory
Per rivelare indirettamente la materia oscura, gli scienziati hanno escogitato un metodo che si basa sulla costruzione di una mappa della distribuzione della massa ottenuta da DES attraverso una serie di misure ricavate analizzando l’effetto debole della lente gravitazionale o weak lensing. Si tratta di un fenomeno previsto dalla relatività generale in cui i raggi luminosi provenienti da oggetti distanti vengono deviati dalla distribuzione della materia che circonda le galassie. Questo effetto crea una distorsione o deformazione dell’immagine di una galassia che gli astronomi possono misurare per determinare come è distribuita la materia dell’oggetto che funge da lente gravitazionale.
I ricercatori hanno quindi confrontato la mappa ottenuta dalla distribuzione della massa con una nuova mappa ottica della distribuzione delle galassie ricavata sempre dalla survey DES. Questa informazione ha permesso agli studiosi di cercare eventuali schemi presenti nella distribuzione sia delle galassie che della materia oscura. «Ciò ha permesso di controllare la consistenza del nostro lavoro dato che ci aspettiamo che la distribuzione delle galassie segua quella della materia oscura», dice Vikraman. Questi risultati preliminari, infatti, suggeriscono che la relazione tra la mappa della distribuzione visiva delle galassie e quella relativa alla distribuzione della massa è molto vicina a quella predetta dai modelli basati sulle simulazioni cosmologiche che includono l’espansione accelerata dell’Universo.
Ricordiamo, infine, che la survey DES è stata progettata per coprire una regione di cielo pari a più di 36 volte l’area ottenuta da questa prima mappa. Si spera, quindi, che questo nuovo insieme di dati potrà fornire in futuro preziosi indizi per comprendere ancora meglio la natura dell’energia oscura.
arXiv: Wide-Field Lensing Mass Maps from DES Science Verification Data