Un nuovo sguardo alle immagini Hubble delle galassie potrebbe essere un passo verso l'illuminazione della natura sfuggente della materia oscura, il materiale inosservabile che costituisce la maggior parte dell'universo, secondo uno studio pubblicato oggi online nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Utilizzando le osservazioni passate di Hubble di sei enormi ammassi di galassie nel programma Frontier Fields, gli astronomi hanno dimostrato che la luce all'interno dell'ammasso, il bagliore diffuso tra le galassie in un ammasso, traccia il percorso della materia oscura, illuminando la sua distribuzione in modo più accurato rispetto ai metodi esistenti che osservano la luce dei raggi X.

La luce all'interno dell'ammasso è il sottoprodotto delle interazioni tra le galassie che ne distruggono le strutture; nel caos, le singole stelle vengono liberate dai loro ormeggi gravitazionali nella loro galassia natale per riallinearsi con la mappa gravitazionale dell'intero ammasso. Questo è anche il luogo in cui risiede la stragrande maggioranza della materia oscura. La luce a raggi X indica dove si scontrano gruppi di galassie, ma non la struttura sottostante del cluster. Questo lo rende un tracciante meno preciso della materia oscura.

"La ragione per cui la luce all'interno dell'ammasso è un eccellente tracciante della materia oscura in un ammasso di galassie è che sia la materia oscura che queste stelle che formano la luce all'interno dell'ammasso fluttuano liberamente sul potenziale gravitazionale dell'ammasso stesso, quindi seguono esattamente il stessa gravità, ", ha affermato Mireia Montes dell'Università del New South Wales a Sydney, Australia, chi è coautore dello studio. "Abbiamo trovato un nuovo modo per vedere la posizione in cui dovrebbe essere la materia oscura, perché stai tracciando esattamente lo stesso potenziale gravitazionale. possiamo illuminare, con un bagliore molto debole, la posizione della materia oscura."

Montes sottolinea inoltre che non solo il metodo è accurato, ma è più efficiente in quanto utilizza solo immagini profonde, piuttosto che il più complesso, tecniche di spettroscopia ad alta intensità di tempo. Ciò significa che è possibile studiare più ammassi e oggetti nello spazio in meno tempo, il che significa più potenziali prove di cosa sia la materia oscura e di come si comporti.

"Questo metodo ci mette in condizione di caratterizzare, in modo statistico, la natura ultima della materia oscura, " ha detto Montes.

"L'idea per lo studio è nata guardando le immagini incontaminate di Hubble Frontier Field, ", ha affermato il coautore dello studio Ignacio Trujillo dell'Istituto di Astronomia delle Isole Canarie a Tenerife, Spagna, che insieme a Montes aveva studiato per anni la luce intracluster. "Gli Hubble Frontier Fields hanno mostrato la luce intracluster con una chiarezza senza precedenti. Le immagini sono state stimolanti, " disse Trujillo. "Eppure, Non mi aspettavo che i risultati fossero così precisi. Le implicazioni per la futura ricerca spaziale sono molto entusiasmanti".

"Gli astronomi hanno utilizzato la distanza di Hausdorff modificata (MHD), una metrica utilizzata nella corrispondenza delle forme, misurare le somiglianze tra i contorni della luce intracluster e i contorni delle diverse mappe di massa degli ammassi, forniti come parte dei dati del progetto Hubble Frontier Fields, ospitato nell'Archivio Mikulski per i telescopi spaziali (MAST). L'MHD è una misura della distanza l'uno dall'altro di due sottoinsiemi. Più piccolo è il valore di MHD, quanto più simili sono i due insiemi di punti. Questa analisi ha mostrato che la distribuzione della luce all'interno dell'ammasso vista nelle immagini di Hubble Frontier Fields corrispondeva alla distribuzione di massa dei sei ammassi di galassie meglio dell'emissione di raggi X, come derivato da osservazioni archiviate dall'Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) dell'Osservatorio a raggi X Chandra.

Al di là di questo studio iniziale, Montes e Trujillo vedono molteplici opportunità per espandere la loro ricerca. Iniziare, vorrebbero aumentare il raggio di osservazione nei sei ammassi originari, per vedere se il grado di precisione del tracciato regge. Un altro importante test del loro metodo sarà l'osservazione e l'analisi di ulteriori ammassi di galassie da parte di più team di ricerca, da aggiungere al set di dati e confermare i loro risultati.

Gli astronomi attendono anche l'applicazione delle stesse tecniche con futuri potenti telescopi spaziali come il James Webb Space Telescope e WFIRST, che avrà strumenti ancora più sensibili per risolvere la debole luce intracluster nell'universo lontano.

Trujillo vorrebbe testare la riduzione del metodo da enormi ammassi di galassie a singole galassie. "Sarebbe fantastico farlo su scala galattica, per esempio esplorando gli aloni stellari. In linea di massima la stessa idea dovrebbe funzionare; le stelle che circondano la galassia come risultato dell'attività di fusione dovrebbero anche seguire il potenziale gravitazionale della galassia, illuminando la posizione e la distribuzione della materia oscura."

Il programma Hubble Frontier Fields era un'iniziativa di imaging profondo progettata per utilizzare la lente d'ingrandimento naturale della gravità degli ammassi di galassie per vedere le galassie estremamente lontane al di là di loro, e quindi ottenere informazioni sull'universo primordiale (lontano) e sull'evoluzione delle galassie da quel momento. In quello studio la luce diffusa intracluster era un fastidio, oscurando parzialmente le lontane galassie al di là. Però, quel debole bagliore potrebbe finire per gettare luce significativa su uno dei grandi misteri dell'astronomia:la natura della materia oscura.