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Pubblicato su Science "Lenti gravitazionali e materia oscura"

11 Settembre, 2020

È stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Science l'articolo "An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters" al quale ha collaborato il Prof. Stefano Borgani del Dipartimento di Fisica.

Quello che oggi viene considerato il modello standard in cosmologia prevede che l’Universo sia costituito per circa il 70% da una forma elusiva di Energia Oscura, per il 25% da una forma ancora sconosciuta di Materia Oscura e solo per il 5% dagli atomi che costituiscono la materia che ci circonda nella vita quotidiana. Nonostante la natura di questi componenti “oscure” sia sconosciuta, tale modello ci permette di fare predizioni estremamente precise sulle proprietà fisiche delle strutture cosmiche che osserviamo. Gli strumenti più sofisticati per fare tali predizioni sono simulazioni numeriche che vengono prodotte utilizzando strutture di calcolo ad alte prestazioni. 

In tale contesto, gli ammassi di galassie sono le strutture cosmiche più massicce presenti nell'Universo: con una massa di circa milione di miliardi di masse del sole e dimensioni di svariati milioni di anni luce, gli ammassi di galassie agiscono anche come potenti lenti gravitazionali, che deformano l’immagine delle galassie più lontane, proprio come una lente ottica deforma le immagini degli oggetti posti dietro di essa.

In questo lavoro in corso di pubblicazione sulla rivista Science, un team di astronomi italiani, con la partecipazione di colleghi americani ed olandesi, ha condotto uno studio dettagliato delle proprietà di lente gravitazionale di ammassi di galassie osservati con Telescopio Spaziale Hubble (NASA) e con il Very Large Telescope dello European Southern Observatory (ESO), situato in Cile.

Il confronto tra tali osservazioni e le simulazioni numeriche condotte in collaborazione da Stefano Borgani (Dipartimento di Fisica, UNITS) ed Elena Rasia (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste) ha prodotto un risultato decisamente inatteso: il modello cosmologico standard predice che gli ammassi di galassie abbiano una struttura con una granularità decisamente inferiore a quanto mostrato dalle osservazioni.

Tale risultato potrebbe significare che alle nostre simulazioni di strutture cosmiche manchi ancora qualche ingrediente essenziale. L’altra possibile implicazione però, decisamente più attraente, è che sia la nostra comprensione del comportamento della materia oscura e dell’energia oscura ad essere incompleto, se non errato.

Il prof Borganicommenta così: "È veramente impressionante quanto dettagliate siano le informazioni ottenibili dai telescopi più avanzati a nostra disposizione. Tale qualità deve assolutamente esser raggiunta anche dalla nostra capacità di far previsioni con simulazioni numeriche. Solo in tal modo potremo esser sicuri che le osservazioni ci stanno indicando la necessità di rivedere a fondo alcuni elementi essenziali della nostra comprensione dell’Universo.