È un'ironia cosmica:le cose più grandi dell'universo possono anche essere le più difficili da trovare.

Elisabetta Blanton, un professore associato di astronomia della Boston University, ha iniziato a cacciare ammassi di galassie distanti più di 20 anni fa. Un singolo ammasso di galassie può essere massiccio quanto un quadrilione di soli, eppure gli ammassi lontani sono così deboli da essere praticamente invisibili a tutti tranne che ai più grandi telescopi terrestri. Gli ammassi distanti contengono frammenti della storia di come è emersa per la prima volta la struttura a ragnatela dell'universo e potrebbero aiutare a illuminare la vera natura dell'energia oscura e della materia oscura. Ora, la ricerca del suo team sta dando il suo più grande ritorno:un catalogo di circa 200 ammassi di galassie candidati che, se confermato, potrebbe includere alcuni degli ammassi più distanti mai trovati. I nuovi risultati, che sarà uno strumento utile per gli astronomi di tutto il mondo, sono stati pubblicati il ​​26 luglio 2017, edizione del Giornale Astrofisico da un team che include Rachel Paterno-Mahler (GRS'15), Dottorando Emmet Golden-Marx (GRS'16, '19), Gagandeep Anand (GRS'17), Ala di Giosuè (GRS'07, '13), e colleghi dell'Università del Missouri-Kansas City e dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Gli ammassi di galassie possono contenere migliaia di galassie e molti trilioni di stelle, ed è proprio quello che gli astronomi possono vedere con i normali telescopi. Il gas caldo tra le galassie risplende di raggi X, e gli astronomi sospettano che più dell'85% della massa di ogni ammasso sia nascosto sotto forma di materia oscura. Mappato in tre dimensioni, l'universo è una rete di filamenti luminosi e vuoti oscuri, con ammassi di galassie che occupano i punti in cui i filamenti si intersecano.

Intessuti in questa rete cosmica ci sono indizi su due grandi misteri cosmici:la materia oscura, la materia invisibile che permea le galassie e gli spazi tra di esse, ed energia oscura, che sta guidando l'espansione accelerata dell'universo. Insieme, la materia oscura e l'energia oscura costituiscono circa il 95% del nostro universo, gli scienziati sospettano, ma gli astrofisici conoscono l'esistenza della materia oscura e dell'energia oscura solo indirettamente, dalla loro influenza sulle stelle e sulle galassie che illuminano il cielo.

La nuova cache di candidati ammasso di galassie distanti potrebbe aiutare i ricercatori a definire le proprietà della materia oscura e dell'energia oscura, dice Paterno-Mahler, primo autore del nuovo articolo, uno di una serie in arrivo dal team di Blanton. "Gli ammassi di galassie sono davvero ottimi banchi di prova per conoscere i parametri cosmologici del nostro universo, come quanta energia oscura c'è e quanta materia oscura c'è."

Confrontando i cluster lontani con le loro controparti locali, i ricercatori possono anche assemblare un calendario di come si sono formati e cresciuti gli ammassi di galassie. Questo perché la luce degli ammassi più distanti ha dovuto viaggiare miliardi di anni prima di raggiungere la Terra, così gli astronomi vedono quegli ammassi com'erano molto tempo fa. "Se vogliamo imparare come si formano ed evolvono gli ammassi, le strutture collassate più massicce dell'universo, dobbiamo studiarli su una gamma di distanze, tornando indietro, " afferma il coautore Mark Brodwin, assistente professore di fisica e astronomia presso l'Università del Missouri-Kansas City. E poiché gli ammassi di galassie danno agli astronomi l'accesso a un ampio campione di galassie di età simile, forniscono anche un laboratorio in cui studiare come le singole galassie sono cambiate nel tempo. "Hai un mucchio di galassie nella stessa epoca, insieme nello spazio, da confrontare con altre galassie vicine, "dice Blanton.

Ma più un ammasso di galassie è lontano dalla Terra, più debole appare. I telescopi ottici tradizionali devono fissare a lungo un singolo punto nel cielo per raccogliere abbastanza luce da rivelare un ammasso distante, e osservare l'intero cielo in questo modo è proibitivo nel tempo. Così, per creare il nuovo catalogo, Blanton e il suo team hanno analizzato i dati archiviati alla ricerca di indizi su dove potrebbero essere i cluster, e poi proseguito con osservazioni mirate al telescopio. La loro ricerca, soprannominato COBRA (cluster occupati da Bent Radio AGN, o nuclei galattici attivi), è stato sostenuto da sovvenzioni della National Science Foundation e della NASA.

La loro scia di indizi inizia con il fatto che quasi tutte le grandi galassie hanno un buco nero supermassiccio al centro. Questi buchi neri sono notoriamente disordinati mangiatori, e quando stanno banchettando, parte della polvere e del gas che si tuffano verso l'interno vengono schizzati fuori in enormi, getti a spirale. Questi getti possono allungare la larghezza della galassia e oltre, e producono un rombo di onde radio che gli astronomi possono rilevare con i radiotelescopi sulla Terra. Se la galassia sta anche zoomando attraverso il gas ammasso caldo (o se il gas sta ingrandendo la galassia), i getti si flettono in una caratteristica forma a "C" - "come i tuoi capelli al vento, " dice Blanton. Questa forma a "C" è il primo indizio di un possibile ammasso.

Il team di Blanton ha esaminato attentamente le rilevazioni del cielo esistenti e ha trovato quasi 2, 000 di questi oggetti particolari. poi Ala, come parte del suo lavoro di tesi, ha confrontato quei sospetti ammassi con le immagini visive degli archivi della Sloan Digital Sky Survey. I candidati più interessanti, dice Blanton, sono quelli per cui le immagini di Sloan sembrano scure, suggerendo che il segnale radio potrebbe provenire da un ammasso così distante che il telescopio Sloan Survey non può vederlo affatto.

Con le possibilità ulteriormente ristrette, hanno quindi utilizzato il telescopio spaziale Spitzer per individuare circa 650 possibili ammassi, uno per uno. (Spitzer è più sensibile alla luce infrarossa, radiazione che non può essere vista dall'occhio umano ma è ideale per osservare le galassie lontane.) Con l'aiuto di un computer, hanno contato il numero di galassie in ogni fotogramma di Spitzer e lo hanno confrontato con il numero tipico di galassie in un'area del cielo comparabile. Un numero insolitamente alto di galassie, chiamato "sovradensità", suggerisce un ammasso di galassie.

Una sovradensità non è la prova definitiva di un ammasso di galassie, anche se. "Stai vedendo un'immagine 2-D di una distribuzione 3-D di oggetti, " spiega Blanton. "Alcuni di loro potrebbero essere in primo piano, o sullo sfondo." Questi "effetti di proiezione" possono creare l'illusione di un ammasso in cui non esiste realmente. Il passo successivo del gruppo, in corso ora, è misurare la distanza da ciascuna galassia nell'ammasso apparente per confermare che il raggruppamento è reale, non un'illusione ottica.

Golden-Marx sta già fissando le distanze di alcune galassie utilizzando il Discovery Channel Telescope da 4,3 metri, dove BU è un'istituzione partner, e Blanton spera di assicurarsi il tempo sul telescopio spaziale Hubble e su uno dei due telescopi Keck da 10 metri alle Hawaii per ottenere misurazioni ancora più precise. Una volta confermate le distanze, il team sarà in grado di ordinare correttamente i cluster per età e anche di confermare se il loro catalogo include davvero i cluster più distanti finora trovati.