Materia oscura, una misteriosa forma di materia che costituisce circa l'80% della massa dell'universo, ha eluso il rilevamento per decenni. Sebbene non interagisca con la luce, gli scienziati credono che sia lì a causa della sua influenza sulle galassie e sugli ammassi di galassie.

Si estende ben oltre la portata delle stelle più lontane nelle galassie, formando quello che gli scienziati chiamano un alone di materia oscura. Mentre le stelle all'interno della galassia ruotano in modo ordinato, disco organizzato, queste particelle di materia oscura sono come uno sciame di api, muovendosi caoticamente in direzioni casuali, che li mantiene gonfi per bilanciare la forza di gravità verso l'interno.

Ricerche precedenti condotte dal borsista postdottorato Eric Baxter; Bhuvnesh Jain, Walter H. e Leonore C. Annenberg Professore di Scienze Naturali presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Penn's School of Arts and Sciences; e Chihway Chang dell'Università di Chicago hanno fornito prove che gli aloni di materia oscura attorno agli ammassi di galassie hanno un vantaggio dovuto all'"effetto splashback".

"Hai questo grande alone di materia oscura che circonda ogni ammasso di galassie, "Baxter ha detto "e ha accresciuto la materia gravitazionalmente per tutta la sua storia. Mentre quella materia viene trascinata dentro, va sempre più veloce. Quando finalmente cade nell'alone, si gira e inizia a orbitare. Questa svolta è ciò che le persone hanno iniziato a chiamare splashback, perché in un certo senso le cose stanno tornando indietro".

Mentre la questione "ripiomba, " rallenta. Poiché questo effetto sta accadendo in molte direzioni diverse, porta a un accumulo di materia proprio sul bordo dell'alone e a una forte diminuzione della quantità di materia appena fuori da quella posizione.

Nel loro studio iniziale, i ricercatori hanno utilizzato i dati della Sloan Digital Sky Survey per studiare la distribuzione delle galassie attorno agli ammassi. In uno studio di follow-up utilizzando i dati del primo anno del Dark Energy Survey, i ricercatori hanno utilizzato un metodo diverso chiamato lente gravitazionale, che sfrutta un fenomeno in cui la luce che viene verso un osservatore si piega mentre la materia esercita su di essa una forza gravitazionale. Osservando il leggero allungamento degli oggetti dietro le galassie, i ricercatori possono misurare direttamente il profilo di massa, come si distribuisce la massa all'interno della galassia.

"Ci sono molte diverse applicazioni delle lenti, "Jain ha detto, "ma questo è quello in cui qualcosa è passato dall'essere non rilevabile a rilevabile, quindi è particolarmente emozionante."

In un articolo che sarà pubblicato in Giornale Astrofisico , i ricercatori hanno dimostrato che questo metodo ha prodotto una comprensione degli aloni di materia oscura che è ampiamente coerente con ciò che hanno visto usando la luce degli ammassi di galassie nel loro primo studio.

"Ci stavamo chiedendo se gli aloni di materia oscura hanno un confine netto, " ha detto Jain. "Il gold standard per stabilire questo è guardare direttamente la massa attraverso la lente gravitazionale, che non è stato fatto prima d'ora. Con l'ultima raccolta di dati DES vediamo un quadro molto simile a quello che abbiamo visto nella distribuzione delle galassie".

Misurare la lente gravitazionale è molto più difficile che misurare semplicemente la distribuzione delle galassie, ha detto Jain.

"Possiamo vedere facilmente le galassie, gli facciamo solo una foto, " Egli ha detto, "ma con la lente gravitazionale dobbiamo fotografare molti più deboli, galassie di sfondo e misurare come queste sono distorte in modi minuscoli. È una misurazione impegnativa".

Questo lascia più spazio agli errori nelle misurazioni, rendendoli meno precisi. Però, i risultati erano basati solo sul primo anno di osservazioni del Dark Energy Survey. Alla fine del sondaggio, ci saranno altri quattro anni di dati che i ricercatori dovranno analizzare. Ciò consentirà loro di effettuare misurazioni più precise, sondare direttamente la materia nelle galassie e negli ammassi di galassie usando la lente gravitazionale. Saranno quindi possibili test sulla materia oscura, poiché qualsiasi nuova interazione fisica tra le particelle di materia oscura potrebbe spostare la posizione del splashback.

"Possiamo aspettarci un quadro più chiaro dei misteriosi aloni di materia oscura, " ha detto Giain.