Un gruppo di ricercatori dell’Università di Portsmouth, nel Regno Unito, ha pubblicato la più grande mappa mai realizzata dei vuoti cosmici e superammassi. Aiuterà gli astronomi a risolvere uno dei problemi cosmologici più a lungo dibattuti. La mappa delle posizioni dei vuoti cosmici, cioè di quelle ampie regioni dello spazio che contengono relativamente poche galassie, e dei superammassi, cioè di quelle enormi regioni dello spazio che contengono molte più galassie del solito, potrà essere utilizzata per misurare l’effetto dovuto all’energia oscura sull’espansione dell’Universo. I risultati di questo studio, pubblicati su Astrophysical Journal Letters, confermano le predizioni della relatività generale.
Le due immagini mostrano l’effetto ISW dei vuoti e superammassi, rispettivamente a sinistra e a destra, a forma di ‘macchie’ nella radiazione cosmica di fondo. I fotoni della radiazione cosmica che hanno attraversato le regioni di vuoto appaiono in media leggermente più freddi (a sinistra) e quelli che hanno attraversato le regioni dei superammassi appaiono leggermenti più caldi (a destra). La scala di colore mostra le differenze di temperatura, dove il blu indica più freddo e il rosso più caldo. I cerchi mostrano le regioni in cui ci si aspetta che l’effetto ISW sia più importante. Crediti: S. Nadathur et al. 2016/ApJ Letters
«Abbiamo utilizzato una nuova tecnica per realizzare misure molto precise dell’effetto che queste strutture esercitano sui fotoni della radiazione cosmica di fondo durante il loro passaggio», spiega Seshadri Nadathur dell’Istituto di Cosmologia e Gravitazione dell’Università di Portsmouth e primo autore dello studio. «La luce della radiazione cosmica viaggia attraverso vuoti e superammassi seguendo la sua traiettoria prima di arrivare ai nostri strumenti. Ora, secondo la teoria di Einstein, l’effetto dell’espansione dello spazio dovuto all’energia oscura determina una lieve variazione nella temperatura della radiazione cosmica di fondo in funzione della direzione da cui essa proviene. Di conseguenza, i fotoni della luce che viaggiano attraverso i vuoti cosmici dovrebbero apparire leggermente più freddi rispetto a quelli ordinari e, viceversa, quelli che arrivano dai superammassi dovrebbero apparire leggermente più caldi. Stiamo parlando del cosiddetto effetto Sachs-Wolfe integrato. Quando nel 2008 alcuni astronomi dell’Università delle Hawaii studiarono l’effetto Sachs-Wolfe, basandosi su un vecchio catalogo di vuoti e superammassi, la sua azione sembrava essere cinque volte più grande del previsto. Questo ha confuso gli scienziati per lungo tempo, perciò abbiamo deciso di ritornarci utilizzando nuovi dati».
Per creare la mappa dei vuoti e superammassi, i ricercatori hanno utilizzato più di 750 mila galassie identificate dalla Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Ciò ha permesso di costruire un catalogo di strutture cosmiche oltre 300 volte più grande di quello utilizzato precedentemente. Gli astronomi, poi, hanno eseguito una serie di lunghe simulazioni numeriche dell’Universo in modo da predire la quantità dell’effetto Sachs-Wolfe integrato (ISW). Dato che l’effetto risulta molto piccolo, gli autori hanno dovuto sviluppare una nuova e più potente tecnica statistica. Questa tecnica è stata applicata ai dati forniti dal satellite Planck, il che ha permesso ai ricercatori di ottenere misure molto precise dell’effetto ISW. Inoltre, a differenza del lavoro precedente, gli autori hanno trovato che i propri dati sono decisamente in accordo con le predizioni della relatività generale.
La mappa del cielo relativa alla radiazione cosmica di fondo in cui viene mostrata la caratteristica regione chiamata ‘macchia fredda’ (indicata da un cerchio in basso a destra). Crediti: Planck Collaboration
«I nostri risultati permettono di risolvere un problema cosmologico di lunga data, ma facendo così si è infittito di più il mistero che riguarda la cosiddetta ‘macchia fredda’, una regione del cielo molto insolita che si osserva nella radiazione cosmica di fondo», fa notare Nadathu (vedasi Il mistero della ‘macchia fredda’ nella CMB). «E’ stato suggerito da alcuni che questa misteriosa regione dello spazio sia dovuta all’effetto ISW prodotto da un gigantesco ‘supervuoto’ che è stato visto in quella regione del cielo. Ma se la teoria di Einstein è corretta, allora ne consegue che quel supervuoto non è abbastanza grande da spiegare la macchia fredda. In più, un’altra idea vuole che esista un effetto gravitazionale esotico che possa contraddire Einstein e spiegare contemporaneamente sia la macchia fredda che i risultati insoliti dell’effetto ISW ottenuti nel 2008. Ma questa possibilità è stata scartata dalle nostre nuove misure, perciò il mistero della macchia fredda rimane ancora irrisolto».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su ApJ Letters: Seshadri Nadathur & Robert Crittenden – A detection of the Integrated Sachs-Wolfe imprint of cosmic superstructures using a matched-filter approach
- Leggi il preprint su arXiv: A detection of the integrated Sachs-Wolfe imprint of cosmic superstructures using a matched-filter approach