Una galassia nana nascosta in una lente gravitazionale

Distorsioni sottili nascoste in una splendida immagine di ALMA della lente gravitazionale SDP.81 sono segni rivelatori che una galassia nana è in agguato nell’alone di una galassia molto più grande a quasi 4 miliardi di anni luce di distanza. Questa scoperta apre la strada ad ALMA per trovare un numero maggiore di tali oggetti e potrebbe aiutare gli astronomi a trattare domande importanti sulla natura della materia oscura.

Nel 2014, come parte della campagna “ALMA Long Baseline”, gli astronomi hanno studiato una varietà di oggetti astronomici per testare le capacità ad alta risoluzione del telescopio. Una di queste immagini è stata quella di un anello di Einstein, che è stato formato dall’influenza gravitazionale di una massiccia galassia in primo piano che devìa la luce emessa da un’altra galassia a quasi 12 miliardi di anni luce di distanza.

Questo fenomeno, chiamato lente gravitazionale, è stato previsto dalla teoria generale della relatività di Einstein e offre un potente strumento per studiare le galassie che altrimenti sono troppo distanti da osservare. Getta luce anche sulle proprietà della galassia vicina che agisce da lente a causa del modo in cui la sua gravità piega e focalizza la luce proveniente da oggetti più distanti.

In un nuovo studio pubblicato su Astrophysical Journal, l’astronomo Yashar Hezaveh della Stanford University, in California, e il suo team spiegano come l’analisi dettagliata di questa immagine ampiamente pubblicizzata abbia rivelato segni di una galassia nana nascosta nell’alone della galassia più vicina.
“Siamo in grado di trovare questi oggetti invisibili nello stesso modo in cui si possono vedere gocce di pioggia su una finestra. Sai che ci sono perché distorcono l’immagine degli oggetti di fondo”, ha spiegato Hezaveh.

Nel caso di una goccia di pioggia, le distorsioni sono causate dalla rifrazione. In questa immagine, distorsioni simili sono generate dall’influenza gravitazionale della materia oscura. Le teorie attuali suggeriscono che la materia oscura sia fatta di particelle non ancora identificate che non interagiscono con la luce visibile o altre forme di radiazione elettromagnetica. La materia oscura, tuttavia, ha massa apprezzabile, in modo tale che può essere identificata dall’influenza gravitazionale che esercita sulla materia ordinaria.

Per la loro analisi, i ricercatori hanno sfruttato migliaia di computer che lavorano in parallelo, per molte settimane, tra cui il più potente supercomputer della National Science Foundation, Blue Waters, per la ricerca di anomalie sottili che avessero una controparte coerente e misurabile in ogni banda radio. Da questi calcoli combinati, i ricercatori sono stati in grado di ricavare una comprensione senza precedenti dell’alone della galassia lente, della regione diffusa e prevalentemente priva di stelle intorno alla galassia, e hanno scoperto un grumo particolare della massa di meno di un millesimo di quella della Via Lattea.

A causa della sua relazione con la galassia più grande, la massa stimata, e la mancanza di una controparte ottica, gli astronomi ritengono che questa anomalia gravitazionale possa essere causata da una galassia satellite della galassia lente estremamente debole, dominata da materia oscura. Secondo le previsioni teoriche, la maggior parte delle galassie dovrebbero essere piene di galassie nane simili e di altri oggetti. Individuarli, tuttavia, si è dimostrato impegnativo. Anche intorno alla nostra Via Lattea, gli astronomi possono identificare solo circa 40 tra i migliaia di oggetti satelliti che si prevede siano presenti.

“Questa discrepanza tra i satelliti osservati e le abbondanze previste è stato un problema importante in cosmologia per quasi due decenni”, ha detto Neal Dalal della University of Illinois. “Se questi oggetti sono dominati da materia oscura, questo potrebbe spiegare la discrepanza, offrendo una nuova comprensione della vera natura della materia oscura”, ha aggiunto.

I modelli al computer dell’evoluzione dell’Universo indicano che misurando la “grumosità” della materia oscura, è possibile misurarne la temperatura. Così contando il numero di piccoli grumi di materia oscura attorno a galassie distanti, gli astronomi possono dedurre la temperatura della materia oscura, il che ha un forte influsso sull’uniformità del nostro Universo.

Questo studio suggerisce, tuttavia, che la maggior parte delle galassie nane possa semplicemente non essere visibile perché  principalmente composta di materia oscura invisibile ed emetta poca se non nessuna luce. “Le nostre misurazioni attuali concordano con le previsioni della materia oscura fredda”, ha detto Gilbert Holder della McGill University di Montreal, Canada. “Al fine di aumentare la nostra sicurezza ci sarà bisogno di osservare molte più lenti”.

“Questa è una dimostrazione straordinaria della potenza di ALMA”, ha detto Hezaveh. “Ora siamo sicuri che ALMA può efficacemente scoprire queste galassie nane. Il nostro prossimo passo è quello di cercarne di più e di verificare la loro abbondanza al fine di capire se esiste la possibilità di una temperatura calda per le particelle di materia oscura”.

http://phys.org/news/2016-04-dwarf-dark-galaxy-hidden-alma.html

Credit: Y. Hezaveh, Stanford Univ.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); NASA/ESA Hubble Space Telescope