Un metodo per pesare le quantità di materia negli ammassi di galassie, gli oggetti più grandi del nostro universo, ha mostrato un equilibrio tra le quantità di gas caldo, stelle e altri materiali.

I risultati sono i primi ad utilizzare i dati osservativi per misurare questo equilibrio, che è stato teorizzato 20 anni fa, e fornirà nuove informazioni sulla relazione tra la materia ordinaria che emette luce e la materia oscura, e su come il nostro universo si sta espandendo.

Gli ammassi di galassie sono gli oggetti più grandi dell'universo, ciascuno composto da circa 1, 000 massicce galassie. Contengono grandi quantità di materia oscura, insieme al gas caldo e alla "materia ordinaria" più fredda, " come le stelle e il gas più freddo.

In un nuovo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , un team internazionale guidato da astrofisici dell'Università del Michigan negli Stati Uniti e dell'Università di Birmingham nel Regno Unito ha utilizzato i dati del Local Cluster Substructure Survey (LoCuSS) per misurare le connessioni tra i tre principali componenti di massa che compongono gli ammassi di galassie:la materia oscura , gas caldo, e stelle.

I membri del gruppo di ricerca hanno trascorso 12 anni a raccogliere dati, che abbracciano un fattore di 10 milioni di lunghezza d'onda, utilizzando i satelliti Chandra e XMM-Newton, il sondaggio ROSAT All-sky, Telescopio Subaru, Telescopio a infrarossi del Regno Unito (UKIRT), Telescopio Mayall, la matrice Sunyaev Zeldovich, e il satellite Planck. Utilizzando sofisticati modelli statistici e algoritmi costruiti dal Dr. Arya Farahi durante i suoi studi di dottorato presso l'Università del Michigan, il team è stato in grado di concludere che la somma di gas e stelle negli ammassi che hanno studiato è una frazione quasi fissa della massa della materia oscura . Ciò significa che quando le stelle si formano, la quantità di gas caldo disponibile diminuirà proporzionalmente

"Questo convalida le previsioni della teoria prevalente della materia oscura fredda. Tutto è coerente con la nostra attuale comprensione dell'universo, " ha detto il dottor Farahi, attualmente McWilliams Postdoctoral Fellow presso il Dipartimento di Fisica della Carnegie Mellon University.

Dr. Graham Smith della School of Physics and Astronomy presso l'Università di Birmingham e Principal Investigator di LoCuSS, dice:"Una certa quantità di materiale all'interno dell'universo collassa per formare ammassi di galassie.

"Ma una volta formati, questi cluster sono "scatole chiuse". Il gas caldo ha formato stelle, o rimane ancora come gas, ma la quantità complessiva rimane costante."

"Questa ricerca è alimentata da oltre un decennio di investimenti nei telescopi, " aggiunge il professor August E. Evrard, dell'Università del Michigan. "Utilizzando questi dati di alta qualità, siamo stati in grado di caratterizzare 41 ammassi di galassie vicini e trovare una relazione speciale, comportamento specificamente anti-correlato tra la massa nelle stelle e la massa nel gas caldo. Questo è significativo perché queste due misurazioni insieme ci danno la migliore indicazione della massa totale del sistema".

I risultati saranno cruciali per gli sforzi degli astronomi per misurare le proprietà dell'universo nel suo insieme. Acquisendo una migliore comprensione della fisica interna degli ammassi di galassie, i ricercatori saranno in grado di comprendere meglio il comportamento dell'energia oscura ei processi alla base dell'espansione dell'universo.

"Gli ammassi di galassie sono intrinsecamente affascinanti, ma per molti versi ancora oggetti misteriosi, " aggiunge il Dr. Smith. "Smontare la complessa astrofisica che governa questi oggetti aprirà molte porte su una più ampia comprensione dell'universo. Essenzialmente, se vogliamo essere in grado di affermare di aver capito come funziona l'universo, dobbiamo capire gli ammassi di galassie".

Dati del tipo studiato dal team cresceranno di diversi ordini di grandezza nei prossimi decenni grazie a telescopi di prossima generazione come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST) attualmente in costruzione in Cile, ed e-ROSITA, un nuovo satellite a raggi X. Entrambi inizieranno le osservazioni nei primi anni del 2020.

"Queste misurazioni stanno gettando le basi per una scienza precisa con ammassi di galassie, "dice il professor Alexis Finoguenov, un membro del team con sede presso l'Università di Helsinki.