Uno studio pubblicato di recente sulla rivista Astronomia della natura e che mette in discussione gli attuali modelli di formazione della struttura nell'universo si basa sui dati ottenuti con il Gran Telescopio Canarias e tra i suoi autori c'è un team di ricercatori dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

La struttura dell'universo può essere paragonata a quella di una spugna, spesso indicato come la rete cosmica. La materia è concentrata lungo filamenti che si incrociano, formando zone dove si accumula la maggior parte della materia, e altri dove c'è molto poco. Nei punti più densi, le galassie si raggruppano, formando grappoli. Questi sistemi, che può contenere migliaia di galassie, sono le strutture più massicce dell'universo.

Lo studio della rete cosmica è una delle sfide attuali dell'astrofisica. Le proprietà dei principali componenti della materia su queste scale non sono ben note, quindi usiamo termini come "materia oscura" e "energia oscura". La prima costituisce circa il 20 percento della massa dell'universo ed è ciò che mantiene le strutture legate dalla loro stessa gravità:agisce un po' come la colla. Il secondo, d'altra parte, costituisce il 75% dell'universo ed è correlato al modo in cui l'universo si espande. La questione "normale", le galassie con le loro stelle, gas, e polvere, costituiscono appena il 5 per cento della massa dell'universo, ma svolgono un ruolo importante nel tracciare le forze e le proprietà della materia oscura e delle energie oscure.

Un team internazionale guidato da Mauro Sereno dell'Università di Bologna (Italia), con la partecipazione dell'IAC e dell'Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), ha localizzato uno degli ammassi di galassie più densi dell'universo. Lo studio analizza, per la prima volta, le zone esterne dell'ammasso di galassie PSZ2 G099.86+58.45 entro un raggio di 90 milioni di anni luce, una regione in cui la distribuzione della materia non era nota in precedenza, né se il materiale in queste zone è legato insieme dalla gravità dell'ammasso.

L'ambiente degli ammassi di galassie comprende altre strutture come i filamenti e altri ammassi vicini, e il materiale che sta cadendo verso l'ammasso centrale più massiccio. "Questo studio mostra che la densità della materia attorno all'ammasso che abbiamo studiato è fino a sei volte maggiore del previsto, "dice Mauro Sereno, il ricercatore principale. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che i meccanismi che accrescono la massa possono dare origine a densità molto elevate, anche a grandi distanze da questi ammassi di galassie.

Il lavoro si basa sull'effetto "lente gravitazionale", che accade quando la massa di un ammasso e il suo materiale circostante piegano la luce proveniente da galassie molto lontane, cambiando le forme delle immagini di queste galassie di sfondo. Più denso e concentrato è il corpo che funge da lente, maggiore è la deformazione delle galassie di fondo. Lo studio statistico delle deformazioni per oltre 150, 000 galassie di fondo tramite il cosiddetto effetto "lente debole" utilizzando immagini profonde ottenute con il CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) hanno permesso al team di trovare la distribuzione, messa, e densità attorno al cluster PSZ2 G099.86+58.45. I risultati mostrano che questo cluster è una rara eccezione, che non si adatta bene ai modelli di formazione della struttura. Ciò implica che devono esistere meccanismi per l'accrescimento della materia molto più efficienti di quelli che conosciamo.

Sebbene i modelli diano buoni adattamenti alla densità della materia nelle regioni interne degli ammassi di galassie fino a una distanza compresa tra 15 e 20 milioni di anni luce, nelle regioni esterne, i modelli necessitano di un componente aggiuntivo per adattarsi ai dati osservati. "Questa componente della massa è completamente sconosciuta, e le simulazioni numeriche degli ammassi di galassie non lo prevedono, " spiega Rafael Barrena, un ricercatore IAC, uno degli autori dell'articolo pubblicato su Astronomia della natura . "Quindi ci troviamo di fronte a prove osservative per grandi quantità di materia dove non ci aspettavamo di trovarlo."

Il gruppo IAC che partecipa a questa pubblicazione ha effettuato osservazioni spettroscopiche di un campione di galassie che fanno parte dell'ammasso PSZ2 G099.86+58.45 utilizzando lo spettrografo multioggetto OSIRIS sul Gran Telescopio Canaris (GTC) presso l'Osservatorio del Roque de los Muchachos ( Garafía, La Palma). Misurando le velocità dei moti delle galassie nell'ammasso è possibile misurare la sua massa totale.

Come problema pratico, ciò equivale a misurare la massa del sole utilizzando le velocità dei pianeti nelle loro orbite. Usando questo metodo, sono riusciti a misurare la massa totale del cluster. I risultati confermano che PSZ2 G099.86+58.45 è un enorme, denso ammasso di galassie, e che gli effetti del suo potentissimo campo gravitazionale si estendono a distanze molto lontane dal suo centro, molto maggiore di quanto previsto dai modelli.

"Abbiamo prodotto uno studio che apre le porte a una regione dell'universo che è stata finora insufficientemente esplorata, il confine tra ammassi di galassie, " afferma la ricercatrice IAC Alina Streblyanska, uno degli autori dell'articolo. Questa è una regione che può darci molte informazioni quando studiamo questi sistemi, come si sono formati, e come questi, le strutture più massicce dell'universo, si sono evoluti. Con questo studio, abbiamo fatto un altro piccolo passo verso la comprensione della materia oscura e di come è distribuita nella rete cosmica dell'universo, "conclude Antonio Ferragamo, ricercatore IAC.