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12 Novembre 2018
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    L’analisi di una nuova, enorme, survey di galassie, effettuata con il VST, il telescopio dell’ESO per survey del VLT, in Cile, suggerisce che la materia oscura possa essere meno densa e distribuita in modo più uniforme di quanto si pensasse. Un’equipe internazionale ha sfruttato i dati della survey KiDS (Kilo Degree Survey) per studiare come la luce proveniente da circa 15 milioni di galassie distanti viene influenzata dall’attrazione gravitazionale della materia sulle scale più grandi nell’Universo. I risultati sembrano non essere in accordo con quelli del satellite Planck.

    Nell'immagine la mappa della materia oscura, di una delle cinque zone di cielo osservate dal team della survey KiDS (regione G12), usando il telescopio per survey del VLT all'Osservatorio dell'ESO al Paranal in Cile. Rivela una rete estesa di regioni dense (di colore chiaro) e vuote (di colore scuro), la materia oscura, invisibile, è resa con una colorazione rosata. Le immagini delle galassie osservate sono state deformate dall'attrazione gravitazionale della materia oscura mentre la loro luce ha viaggiato nell'Universo. Alcune regioni scure, con margini netti chiaramente identificabili nell'immagine, corrispondono alle posizioni di stelle brillanti e altri oggetti vicini, che si interpongono alla nostra osservazione delle galassie più lontane e vengono perciò mascherate per permettere la misura del più debole segnale di lente gravitazionale in queste aree. Crediti: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

    Hendrik Hildebrandt, dell’Argelander-Institut für Astronomie di Bonn, Germania, e Massimo Viola, del Leiden Observatory, Paesi Bassi, sono a capo di un’equipe di astronomi di vari istituti in tutto il mondo, che hanno elaborato le immagini della survey KiDS (Kilo Degree Survey, o survey da un migliaio di gradi), eseguita con il telescopio per survey del VLT dell’ESO (VST) in Cile. Per l’analisi, hanno usato immagini della survey che coprono cinque diverse aree di cielo, per un totale che corrisponde circa a 2200 volte la dimensione della Luna piena (di 450 gradi quadrati, poco più dell’1% dell’intero cielo), e che contengono circa 15 milioni di galassie.

    Mappa di materia oscura della regione G9. Crediti: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

    Sfruttando la squisita qualità delle immagini del VST al sito del Paranal e usando un software innovativo, l’equipe ha potuto condurre una delle misure più precise mai fatte di un effetto noto come “shear cosmico” o forza di taglio cosmica. Questa è una leggera variante dell’effetto di lente gravitazionale debole, in cui la luce emessa da galassie distanti viene lievemente deviata dall’effetto gravitazionale di una grande quantità di materia, come un ammasso di galassie.

    Nello “shear cosmico” non sono gli ammassi di galassie, ma le strutture a larga scala dell’Universo a distorcere la luce, cosa che produce un effetto ancora più piccolo. Sono necessarie survey molto ampie e profonde, come KiDS, per garantire che il segnale molto debole dovuto allo “shear cosmico” sia misurabile e possa essere utilizzato dagli astronomi per mappare la distribuzione della  materia che produce gravità. Questo studio considera la più grande area totale di cielo mai mappata finora con questa tecnica.

    Mappa di materia oscura della regione G15 della survey KiDS, mostra un risultato omogeneo rispetto alle altre zone osservate. Crediti: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO.

    È curioso che i risultati di questa analisi appaiano in contrasto con quanto dedotto dalle osservazioni del satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), la principale missione spaziale che indaga sulle proprietà fondamentali dell’Universo. In particolare, la misura dell’equipe KiDS di quanto sia addensata la materia nell’Universo — un parametro cosmologico fondamentale — è significativamente più piccola del valore derivato dai dati di Planck.

    Massimo Viola spiega: «Quest’ultimo risultato indica che la materia oscura nella rete cosmica, che costituisce circa un quarto di tutto il contenuto dell’Universo, è meno disomogenea di quanto ci si aspettasse».

    La materia oscura rimane elusiva: la sua presenza viene dedotta solo attraverso gli effetti gravitazionali che produce. Gli studi analoghi a questo sono al momento il miglior modo per determinare la forma, le dimensioni e la distribuzione di questa materia invisibile.



    Questo video mostra l’ubicazione della regione G12, una delle zone osservate con il telescopio per survey del VLT (VST) all’Osservatorio dell’ESO al Paranal in Cile. Questa regione copre una vasta area di cielo lungo l’equatore celeste nelle costellazioni del Leone e della Vergine. La ricostruzione dell’immagine è stata fatta analizzando la luce raccolta da più di tre milioni di galassie distanti, a più di 6 milliardi di anni luce da noi. Crediti: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO/N. Risinger (skysurvey.org). Music: Konstantino Polizois (soundcloud.com/konstantino-polizois).

    Il risultato sorprendente di questo studio ha anche delle implicazioni per la nostra comprensione più ampia dell’Universo e di come sia evoluto durante la sua storia di quasi 14 miliardi di anni. Questo apparente disaccordo con i risultati già stabiliti da Planck significa che gli astronomi probabilmente devono riformulare la loro spiegazione di alcuni aspetti fondamentali dello sviluppo dell’Universo.

    Hendrik Hildebrandt commenta: «Le nostre scoperte aiuteranno a raffinare i modelli teorici che spiegano come l’Universo sia cresciuto dalla sua nascita fino ad oggi».

    L’analisi KiDS dei dati del VST è un passo importante, ma i futuri telescopi costruiranno survey del cielo ancora più grandi e più profonde.

    Catherine Heymans, dell’Università di Edinburgo nel Regno Unito, anch’essa a capo dello studio, aggiunge: «Dipanare tutti i fatti accaduti dal momento del Big Bang è una sfida complessa, ma continuando a studiare i cieli distanti possiamo costruire un modello di come si sia evoluto il nostro moderno Universo».

    «Vediamo una discrepanza avvincente con la cosmologia di Planck, in questo momento. Le missioni future come il satellite Euclid e LSST (Large Synoptic Survey Telescope) ci permetteranno di ripetere queste misure e capire meglio che cosa l’Universo ci sta veramente dicendo», conclude Konrad Kuijken (Leiden Observatory, Paesi Bassi), investigatore principale della survey KiDS.


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