• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Astronomia
    Le misurazioni di precisione della luce intracluster suggeriscono un possibile collegamento con la materia oscura

    Sulla sinistra c'è un'immagine simulata in cui la luce all'interno dell'ammasso è visibile come una foschia diffusa tra picchi discreti di luminosità:le galassie. Nelle osservazioni, come si vede a destra, questa componente di luce intracluster è in gran parte annegata nel rumore. Credito:immagine a sinistra:Jesse Golden-Marx; simulazione di The IllustrisTNG. Immagine a destra:Dark Energy Survey e Yuanyuan Zhang

    Una combinazione di dati osservativi e sofisticate simulazioni al computer ha prodotto progressi in un campo dell'astrofisica che languisce da mezzo secolo. L'indagine sull'energia oscura, che è ospitato dal Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ha pubblicato una serie di nuovi risultati su quella che viene chiamata luce intracluster, o ICL, un debole tipo di luce che si trova all'interno di ammassi di galassie.

    Il primo scoppio di nuovo, misurazioni ICL di precisione sono apparse in un articolo pubblicato su Il Giornale Astrofisico nell'aprile 2019. Un altro è apparso più di recente in Monthly Notice of the Royal Astronomical Society. In una scoperta a sorpresa di quest'ultimo, I fisici del DES hanno scoperto nuove prove che l'ICL potrebbe fornire un nuovo modo per misurare una sostanza misteriosa chiamata materia oscura.

    La fonte di ICL sembra essere stelle canaglia, quelli non legati gravitazionalmente a nessuna galassia. L'ICL è stato a lungo sospettato di essere un componente significativo di ammassi di galassie, ma la sua debolezza lo rende difficile da misurare. Nessuno sa quanto ci sia o fino a che punto si sia diffuso attraverso gli ammassi di galassie.

    "Osservativamente abbiamo scoperto che la luce intracluster è un buon tracciante radiale della materia oscura. Ciò significa che dove la luce intracluster è relativamente brillante, la materia oscura è relativamente densa, ", ha affermato lo scienziato del Fermilab Yuanyuan Zhang, che ha condotto entrambi gli studi. "Solo misurare la stessa ICL è piuttosto eccitante. La parte della materia oscura è una scoperta fortuita. Non è quello che ci aspettavamo."

    Sebbene invisibile, la materia oscura rappresenta la maggior parte della materia nell'universo. In che cosa consiste la materia oscura è uno dei maggiori misteri della cosmologia moderna. Gli scienziati sanno solo che differisce molto dalla normale materia costituita dai protoni, neutroni ed elettroni che dominano la vita quotidiana.

    Ma ICL, non materia oscura, era inizialmente all'ordine del giorno del gruppo di ricerca. La maggior parte degli astrofisici misura la luce intraammasso al centro di un ammasso di galassie, dove è più luminoso e più abbondante.

    "Siamo andati molto lontano dai centri degli ammassi di galassie, dove la luce è veramente fioca, " Zhang ha detto. "E il più lontano dal centro siamo andati, più difficile diventava la misurazione."

    Tuttavia, i collaboratori del DES sono riusciti a ottenere la misurazione più estesa radialmente di ICL di sempre.

    Il team ha utilizzato lenti gravitazionali deboli per confrontare la distribuzione radiale dell'ICL, come cambia con la distanza dal centro di un ammasso, con la distribuzione radiale della massa di un ammasso di galassie. La lente debole è un metodo sensibile alla materia oscura per misurare la massa di una galassia o di un ammasso. Si verifica quando la gravità di una stella o di un ammasso in primo piano piega la luce proveniente da una galassia più lontana, deformando la sua forma apparente.

    Si è scoperto osservativamente che ICL riflette la distribuzione sia della massa visibile totale di un ammasso di galassie che, possibilmente, la distribuzione della materia oscura invisibile.

    "Non ci aspettavamo di trovare una connessione così stretta tra queste distribuzioni radiali, ma l'abbiamo fatto, " ha detto lo scienziato Hillysson Sampaio-Santos, l'autore principale del nuovo articolo.

    Confronto delle osservazioni con le simulazioni

    Per avere maggiori informazioni, il team ha utilizzato una sofisticata simulazione al computer per studiare la relazione tra ICL e materia oscura. Hanno scoperto che i profili radiali tra i due fenomeni nella simulazione non erano d'accordo con i dati osservativi. Nella simulazione, "il profilo radiale dell'ICL non era il componente migliore per tracciare la materia oscura, " disse Sampaio-Santos, che è con l'Osservatorio Nazionale di Rio de Janeiro, Brasile.

    Zhang ha notato che è troppo presto per dire esattamente cosa abbia causato il conflitto tra osservazione e simulazione.

    "Se la simulazione non ha funzionato bene, potrebbe significare che la luce intracluster simulata viene prodotta in un momento leggermente diverso rispetto alle osservazioni. Le stelle simulate non hanno avuto abbastanza tempo per girovagare e iniziare a tracciare la materia oscura, " lei disse.

    Sampaio-Santos ha osservato che ulteriori studi della ICL potrebbero fornire informazioni sulle dinamiche che si verificano all'interno degli ammassi di galassie, comprese le interazioni che rilasciano gravitazionalmente alcune delle loro stelle, permettendo loro di girovagare.

    "Ho intenzione di studiare la luce intracluster e gli effetti del rilassamento, "o spargersi, Egli ha detto. Per esempio, alcuni cluster si sono fusi insieme. Questi cluster uniti dovrebbero avere proprietà diverse di ICL rispetto ai cluster rilassati.

    Miglioramento dei segnali in set di dati rumorosi

    L'ICL che il team ha misurato è da cento a mille volte più debole di quello che normalmente tentano gli scienziati del DES. Ciò significa che il team ha dovuto affrontare molto rumore e contaminazione nel segnale.

    L'aspetto tecnico dell'impresa è stato impegnativo, Zhang ha detto, "ma poiché avevamo un bel po' di dati dal Dark Energy Survey, siamo stati in grado di cancellare molto rumore per fare questo tipo di misurazione. È una media statistica".

    Gli astrofisici in genere effettuano misurazioni ICL utilizzando una manciata di ammassi di galassie alla volta.

    "Questo è un ottimo modo per ottenere informazioni sui singoli sistemi, " disse Zhang.

    Per ottenere il quadro più ampio e abbattere il rumore, il team del DES ha statisticamente calcolato una media di circa 300 ammassi di galassie nel primo studio e più di 500 ammassi nel secondo. Sono tutti a un paio di miliardi di anni luce dalla Terra.

    Prendere in giro il segnale dal rumore di ogni cluster richiede molti dati, che è esattamente ciò che il DES ha generato. All'inizio del 2019, Il DES ha completato la sua missione di sei anni di osservazione di centinaia di milioni di galassie distanti nei cieli meridionali e ha pubblicato pubblicamente il suo secondo rilascio di dati a metà gennaio.

    Le misurazioni dell'ICL sondano gli ammassi che si trovano fino a 3,3 miliardi di anni luce dalla Terra. Negli studi futuri, Zhang vorrebbe studiare l'evoluzione del redshift dell'ICL, come cambia con il tempo cosmico.

    "Il mio sogno è arrivare fino allo spostamento verso il rosso di uno:10 miliardi di anni luce, " ha detto Zhang. "Gli studi dicono che è quando l'ICL ha appena iniziato ad evolversi".

    Andare così lontano consentirebbe agli scienziati di vedere l'ICL crescere nel tempo.

    "Ma è davvero difficile perché è il triplo della distanza delle nostre ultime misurazioni, quindi tutto sarà estremamente debole lì, " lei disse.


    © Scienza https://it.scienceaq.com