(Sinistra) La mappa tridimensionale della materia oscura dell'universo dedotta da una delle sei aree di osservazione dell'HSC è mostrata sullo sfondo con varie sfumature di blu (le aree più luminose hanno più materia oscura). La mappa è stata dedotta dalle distorsioni delle forme delle galassie nei dati HSC che sono indicate da bastoncini bianchi. Le lunghezze degli stick rappresentano la quantità di distorsione e l'angolo dello stick corrisponde alla direzione della distorsione. (A destra) Le misurazioni sono abilitate dalla luce proveniente da galassie lontane che viaggia attraverso l'universo e viene deviata dalla materia in diverse epoche dell'universo, prima di raggiungere il telescopio Subaru. Credito:HSC Project/UTokyo
La combinazione della teoria della relatività di Einstein con uno dei telescopi più potenti del mondo ha aiutato un team internazionale di ricercatori a misurare dove e come crescono le strutture della materia oscura nell'universo. La loro analisi suggerisce che le strutture cosmiche potrebbero evolversi più lentamente di quanto precedentemente previsto.
Un team guidato dal Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe ha costruito una mappa della materia oscura nel corso della storia dell'universo analizzando le immagini di oltre dieci milioni di galassie. I risultati sembrano sfidare l'attuale comprensione delle leggi fondamentali della fisica.
"Se ulteriori dati mostrano che abbiamo sicuramente ragione, quindi suggerisce che manca qualcosa nella nostra attuale comprensione del Modello Standard e della teoria della relatività generale, "dice il fisico Chiaki Hikage.
Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, la gravità deforma lo spazio e il tempo. Ad oggi, questa teoria ha predetto con successo l'espansione dell'universo, l'esistenza di buchi neri, e la flessione della luce da oggetti stellari lontani. Se i cosmologi confermano che l'universo osservato si sta evolvendo più lentamente di quanto predetto dalla teoria, significherebbe che un intero ramo della fisica non è stato ancora scoperto.
La materia oscura è responsabile della formazione delle galassie, e l'energia oscura è responsabile dell'accelerazione della continua espansione dell'universo. Insieme, costituiscono il 95% dell'universo. Mappare la densità della materia oscura nell'universo di oggi e ricostruire mappe storiche della materia oscura risalenti a 13 miliardi di anni fa potrebbe aiutare a studiare i cambiamenti nella materia oscura nel tempo. Un simile confronto potrebbe anche chiarire come l'energia oscura abbia influenzato la crescita della materia oscura nell'universo.
Un fermo immagine dal breve video "HSC Mass Map" di Kavli IMPU che mostra una mappa 3D di come la massa, compresa la materia oscura, è distribuito in tutto l'universo. Come questo still shot mostra, le aree con più massa sono rappresentate da colori rossi e gialli più accesi, e meno massa rappresentata dal blu e dal nero. Credito:Progetto HSC
La materia oscura non è visibile, ma i suoi effetti possono essere visti sulla forma delle galassie. Poiché la gravità di tutta la materia, compresa la materia oscura invisibile, piega il cammino della luce, le galassie lontane appaiono distorte agli osservatori sulla Terra. I ricercatori possono calcolare come la materia oscura è distribuita nell'universo attraverso le distorsioni delle galassie.
Hikage e il suo team hanno analizzato le immagini di dieci milioni di galassie dell'Hyper Suprime-Cam (HSC) Survey. Questa fotocamera da 870 megapixel, attaccato al telescopio Subaru di 8,2 metri sulla sommità di Maunakea, Hawaii, scruta il cielo, disegnare una mappa dettagliata dell'universo. Consente ai ricercatori di studiare le galassie a miliardi di anni luce dalla Terra. Queste galassie esistevano miliardi di anni fa, ma la loro luce sta raggiungendo la Terra solo oggi, permettendo ai ricercatori di studiare l'universo fin dalla sua infanzia.
Utilizzando le informazioni di queste immagini, i ricercatori sono stati in grado di creare la mappa tridimensionale più dettagliata della materia oscura nell'universo fino ad oggi. La mappa era coerente con gli studi precedenti. Però, suggerisce anche che le strutture cosmiche potrebbero evolversi più lentamente di quanto previsto da altri gruppi di ricerca.
Hikage spiega che sono necessari più dati. "Con un po' più di lavoro, se possiamo ottenere una migliore precisione, potremmo essere in grado di trovare qualcosa di concreto. Questo è un grande fattore motivante per me".
I ricercatori continueranno ad analizzare più dati dell'indagine HSC, avvicinandoli a scoprire se la scienza ha bisogno di riscrivere le sue regole sull'universo.
