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I ponti tra le galassie fatti di materia oscura

Una nuova mappa della materia oscura nell’universo locale rivela diverse strutture filamentose precedentemente sconosciute che collegano tra loro le galassie. Sviluppata da un team internazionale della Penn State University, la mappa potrebbe consentire studi sulla natura della materia oscura, nonché sulla storia e sul futuro del nostro universo locale.

La materia oscura è una sostanza sfuggente che costituisce l’85% della materia dell’universo e rappresenta lo scheletro per ciò che i cosmologi chiamano “la rete cosmica”, la struttura su larga scala dell’universo che, a causa della sua influenza gravitazionale, determina il movimento delle galassie. Tuttavia, la distribuzione della materia oscura locale è attualmente sconosciuta perché non può essere misurata direttamente. I ricercatori devono invece dedurre la sua distribuzione in base alla sua influenza gravitazionale su altri oggetti nell’universo, come le galassie appunto.

«Ironia della sorte, è più facile studiare la distribuzione della materia oscura molto più lontano perché riflette un passato molto lontano, che è molto meno complesso», ha detto Donghui Jeong, professore associato di astronomia e astrofisica alla Penn State e co-autore dello studio. «Nel corso del tempo, con la crescita della struttura su larga scala dell’universo, la complessità dell’universo è aumentata, quindi è intrinsecamente più difficile effettuare misurazioni sulla materia oscura a livello locale».

I precedenti tentativi di mappare la rete cosmica sono iniziati con un modello dell’universo primordiale e poi hanno simulato l’evoluzione del modello nel corso di miliardi di anni. Tuttavia questo finora non è stato in grado di produrre risultati sufficientemente dettagliati per vedere anche l’universo locale. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno adottato un approccio completamente diverso, utilizzando l’apprendimento automatico dei computer per costruire un modello che utilizza le informazioni sulla distribuzione e il movimento delle galassie per prevedere la distribuzione della materia oscura.

I ricercatori hanno costruito e addestrato il loro modello utilizzando un ampio set di simulazioni di galassie, chiamato Illustris-TNG, che include galassie, gas, altra materia visibile e materia oscura. Il team ha selezionato specificamente galassie simulate paragonabili a quelle della Via Lattea e alla fine ha identificato quali proprietà delle galassie sono necessarie per prevedere la distribuzione della materia oscura.

Il team di ricerca ha quindi applicato il proprio modello ai dati reali dell’universo locale dal catalogo della galassia Cosmicflow-3. Il catalogo contiene dati completi sulla distribuzione e il movimento di oltre 17mila galassie nelle vicinanze della Via Lattea, entro 200 megaparsec. La mappa risultante della rete cosmica locale è ora pubblicata online sull’Astrophysical Journal.

La mappa ha successivamente riprodotto strutture prominenti note nell’universo locale, compreso il “foglio locale”, una regione di spazio contenente la Via Lattea, galassie vicine nel “gruppo locale” e galassie nell’ammasso della Vergine e il “locale void”, una regione di spazio relativamente vuota accanto al gruppo locale. Inoltre, ha identificato diverse nuove strutture che richiedono ulteriori indagini, comprese strutture filamentose più piccole che collegano le galassie.

«Avere una mappa locale della rete cosmica apre un nuovo capitolo di studio cosmologico», ha detto Jeong. «Possiamo studiare come la distribuzione della materia oscura si relaziona ad altri dati di emissione, il che ci aiuterà a capire la natura della materia oscura. E possiamo studiare direttamente queste strutture filamentose, questi ponti nascosti tra le galassie».

«Poiché la materia oscura domina le dinamiche dell’universo, fondamentalmente determina il nostro destino», ha detto Jeong. «Quindi possiamo chiedere a un computer di far evolvere la mappa per miliardi di anni per vedere cosa accadrà nell’universo locale. E possiamo far evolvere il modello indietro nel tempo per comprendere la storia del nostro vicinato cosmico».

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