La scoperta dei filamenti di materia oscura all’interno dell’ammasso di Coma

La materia oscura è stata dimostrata essere concentrata in filamenti all’interno di uno spettacolare ammasso di galassie popolare tra gli astronomi amatoriali. Questi filamenti spiegano perché le galassie occupano le loro posizioni. La scoperta mostra che, sebbene i nostri modelli dell’universo stiano affrontando delle sfide, continuano a prevedere molte cose piuttosto bene.

Le galassie non sono distribuite casualmente nello spazio, ma si raggruppano in gruppi più piccoli, come quello di cui fa parte la nostra Via Lattea, e in ammassi molto più grandi. Anche questi seguono dei pattern e, secondo il modello cosmologico della concordanza, si verificano dove si incontrano vasti filamenti che formano la rete cosmica. 

Test di questa teoria hanno trovato prove a sostegno quando si tratta della materia barionica ordinaria che costituisce le stelle. Tuttavia, il modello prevede che questi filamenti siano composti principalmente da materia oscura, la cui presenza è molto più difficile da confermare. Dopotutto, non possiamo vedere la materia oscura – è nel nome – e non sappiamo nemmeno cosa sia. Mappare la sua distribuzione presenta ovvie sfide.

Tuttavia, queste non sono insormontabili, poiché un team dell’Università di Yonsei in Corea del Sud afferma di averle superate fino al punto di dimostrare che questi filamenti della rete cosmica hanno anche una componente di materia oscura. Invece di inferire la presenza di materia oscura dalla distribuzione delle fonti di luce, il team ha cercato distorsioni nella luce proveniente da oggetti più lontani, indicando distorsioni nello spaziotempo. 

Tali curvature della trama dell’universo possono essere causate solo, per quanto ne sappiamo, da immense forze gravitazionali. Possiamo vedere che ciò accade da oggetti massicci che possiamo vedere, e la gravità della materia oscura dovrebbe fare lo stesso.

Il team di Yonsei ha puntato il telescopio Subaru sull’ammasso di Coma, che nonostante si trovi a 320 milioni di anni luce di distanza, è così luminoso che le sue galassie più brillanti attirano i telescopi amatoriali per osservare la costellazione di Coma Berenices. Hanno scoperto che l’ammasso sta influenzando la luce proveniente da fonti più distanti molto più di quanto le galassie al suo interno – incluso la loro materia oscura associata – potrebbero spiegare.

Una certa concentrazione di massa si trova tra le galassie e, se i modelli sono corretti, dovrebbe trovarsi lungo i cosiddetti filamenti intracluster (ICF). Una affermazione del telescopio Subaru descrive gli ICF come “estremità terminali dei filamenti di materia oscura” che si estendono per milioni di anni luce.

C’è anche una storia dietro la scelta dell’ammasso di Coma. Nel 1933, Fritz Zwicky ha riferito che la velocità con cui le galassie nell’ammasso di Coma si muovevano era così grande che sarebbe servita una quantità incredibile di massa per tenerle insieme. Più massa, ha dimostrato Zwicky, di quella componente visibile di queste galassie, indicando che doveva esserci qualcos’altro, che alla fine è stato chiamato materia oscura. Sebbene l’esistenza della materia oscura fosse stata proposta in precedenza e non fosse stata generalmente accettata fino a decenni dopo sulla base delle velocità di rotazione galattica, Zwicky è ora considerato un pioniere su questo argomento.

Gli autori hanno mappato la distribuzione di massa all’interno dell’ammasso in base a dove le distorsioni nella luce più distante sono più estreme, un processo noto come “lente debole”. Hanno confrontato le posizioni dei picchi di massa con le previsioni di dove dovrebbero trovarsi questi filamenti. 

Ciò che gli autori chiamano l’ICF settentrionale corrispondeva bene alle aspettative, anche se l’articolo che annuncia il risultato nota che quello occidentale è “alla parte bassa della distribuzione”.

Gli ICF sono anche molto più densamente imballati di massa rispetto ai loro dintorni – rispettivamente 67 e 33 volte la densità di fondo – riferiscono gli autori. Insieme, i risultati indicano che una frazione sostanziale della massa dell’ammasso di Coma è contenuta negli ICF che lo attraversano. 

Oltre a fornire ulteriori prove dell’esistenza della materia oscura, qualcosa accettato dalla stragrande maggioranza degli astronomi, il lavoro indica che la nostra comprensione della sua distribuzione è sulla strada giusta.

D’altra parte, poiché questi ICF non sono visibili quando contiamo semplicemente le galassie e misuriamo la loro luminosità, gli autori suggeriscono che le masse degli ammassi vengano probabilmente sottostimate.

Lo studio è pubblicato su Nature Astronomy.