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La materia oscura un po' meno oscura

L'ammasso di galassie Abell 3827 ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Le strane strutture celesti che circondano le galassie centrali sono la vista di una galassia molto più lontana prodotta dall’effetto della lente gravitazionale. La distribuzione della materia oscura nell’ammasso è mostrata con linee di colore blu. Il grumo di materia oscura per la galassia a sinistra significativamente spostato dalla posizione della galassia stessa, che potrebbe essere prodotto dalla prolungata interazione tra materia oscura.
L'ammasso di galassie Abell 3827 ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Le strane strutture celesti che circondano le galassie centrali sono la vista di una galassia molto più lontana prodotta dall’effetto della lente gravitazionale. La distribuzione della materia oscura nell’ammasso è mostrata con linee di colore blu. Il grumo di materia oscura per la galassia a sinistra significativamente spostato dalla posizione della galassia stessa, che potrebbe essere prodotto dalla prolungata interazione tra materia oscura. Crediti: ESO/R. Massey

Usando il Multi Unit Spectroscopic Explorer MUSE installato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO in Cile, insieme con immagini del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, un'equipe di astronomi ha osservato la collisione simultanea di quattro galassie nell'ammasso di galassie Abell 3827, raccogliendo le prime prove di interazione della materia oscura con altra materia oscura in un modo diverso dall'attrazione gravitazionale.

Anche se la materia oscura non si vede, l'equipe ha potuto dedurre la sua posizione usando una tecnica chiamata lente gravitazionale.

La collisione è avvenuta per caso proprio davanti ad 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 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.

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. Simulazioni al computer, infatti, 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.

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 e trovato che la materia oscura interagisce molto poco con se stessa. Il nuovo lavoro, invece, riguarda il moto delle singole galassie, piuttosto 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 (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.).

Presi insieme, questi due risultati restringono per la prima volta i possibili comportamenti della materia oscura che "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".

The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies in the 10kpc core of Abell 3827 [abstract]

Galaxy cluster Abell 3827 hosts the stellar remnants of four almost equally bright elliptical galaxies within a core of radius 10 kpc. Such corrugation of the stellar distribution is very rare, and suggests recent formation by several simultaneous mergers. We map the distribution of associated dark matter, using new Hubble Space Telescope imaging and Very Large Telescope/Multi-Unit Spectroscopic Explorer integral field spectroscopy of a gravitationally lensed system threaded through the cluster core. We find that each of the central galaxies retains a dark matter halo, but that (at least) one of these is spatially offset from its stars. The best-constrained offset is 1.62 +0.47−0.49 kpc, where the 68 per cent confidence limit includes both statistical error and systematic biases in mass modelling. Such offsets are not seen in field galaxies, but are predicted during the long infall to a cluster, if dark matter self-interactions generate an extra drag force. With such a small physical separation, it is difficult to definitively rule out astrophysical effects operating exclusively in dense cluster core environments – but if interpreted solely as evidence for self-interacting dark matter, this offset implies a cross-section σDM/m ∼ (1.7 ± 0.7) × 10−4 cm2 g−1 × (tinfall/109 yr)−2, where tinfall is the infall duration.

Press release:
- http://www.eso.org/public/italy/news/eso1514/#3

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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