Scienziati che utilizzano il Telescopio Spaziale James Webb della NASA hanno assemblato la mappa della materia oscura più dettagliata e ad alta risoluzione mai creata, rivelando l'impalcatura gravitazionale nascosta che ha plasmato la struttura dell'universo nel corso di miliardi di anni. La ricerca, pubblicata lunedì sulla rivista Nature Astronomy, ha analizzato quasi 800.000 galassie osservate in 255 ore nell'ambito del sondaggio COSMOS-Web, il più vasto programma osservativo del primo anno di operazioni scientifiche del telescopio. La mappa risultante offre il doppio della risoluzione di qualsiasi mappa precedente della materia oscura.
Il team internazionale, co-guidato da ricercatori dell'Università di Durham, del Jet Propulsion Laboratory della NASA e dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Svizzera, ha mappato una regione del cielo nella costellazione del Sestante che copre un'area circa 2,5 volte più grande della Luna piena. Utilizzando una tecnica chiamata lente gravitazionale debole, gli scienziati hanno misurato come la gravità della massa invisibile curva la luce di circa 250.000 galassie lontane sullo sfondo, producendo distorsioni sottili della forma che rivelano la distribuzione della materia invisibile. La mappa ha risolto strutture di materia oscura risalenti a 8-10 miliardi di anni fa, un periodo critico per la formazione delle galassie.
L'autrice principale Diana Scognamiglio, cosmologa osservativa presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, ha dichiarato che il Telescopio Spaziale James Webb è come indossare un nuovo paio di occhiali per l'universo, permettendo di vedere galassie più deboli e distanti con dettagli molto più nitidi di quanto fosse mai stato possibile. Ha sottolineato che questa mappa rappresenta la più grande mappa della materia oscura prodotta con Webb ed è due volte più nitida di qualsiasi mappa della materia oscura realizzata da altri osservatori. La mappa ha misurato le forme di 129 galassie per minuto d'arco quadrato, contenendo circa 10 volte più galassie rispetto alle mappe della stessa regione prodotte da osservatori terrestri e il doppio rispetto a quelle realizzate dal Telescopio Spaziale Hubble.
I risultati hanno rivelato una forte correlazione tra ammassi di galassie e concentrazioni di materia oscura in tutta la regione mappata. Il Professor Richard Massey dell'Università di Durham ha spiegato che ovunque si trovi materia normale nell'universo odierno, si trova anche materia oscura. La ricerca ha dimostrato che la gravità della materia oscura ha attirato la materia ordinaria verso di sé nel corso della storia cosmica, agendo di fatto come la spina dorsale e il progetto fondamentale su cui le galassie visibili si sono assemblate. Questo conferma le previsioni teoriche sul ruolo della materia oscura nella strutturazione dell'architettura su larga scala del cosmo.
Il sondaggio COSMOS-Web ha esaminato la stessa porzione di cielo per 255 ore, basandosi su uno studio pionieristico del 2007 che aveva prodotto la prima mappa dettagliata della materia oscura dello stesso campo utilizzando il Telescopio Spaziale Hubble. I dati di Webb hanno rivelato filamenti, ammassi e sottodensità precedentemente invisibili con una chiarezza senza precedenti. I ricercatori hanno ottenuto questa svolta sfruttando la sensibilità all'infrarosso di Webb, che ha permesso loro di rilevare e misurare galassie molto più distanti e deboli di qualsiasi strumento precedente.
Il team prevede di estendere questo lavoro utilizzando il prossimo Telescopio Spaziale Nancy Grace Roman della NASA, che dovrebbe mappare la materia oscura su un'area 4.400 volte più grande della regione COSMOS. Tuttavia, Roman non eguaglierà la risoluzione spaziale di Webb, il che significa che vedute più dettagliate della struttura della materia oscura richiederanno un telescopio di prossima generazione come il proposto Habitable Worlds Observatory. Lo studio rappresenta un passo significativo verso la costruzione di una mappa tridimensionale della distribuzione della materia oscura nell'universo osservabile.
La materia oscura costituisce circa il 27 per cento del contenuto totale di massa ed energia dell'universo, ma non può essere osservata direttamente perché non emette, assorbe né riflette la luce. La sua esistenza è dedotta dagli effetti gravitazionali sulla materia visibile, sulla radiazione e sulla struttura su larga scala del cosmo. Comprenderne la distribuzione è considerato essenziale per spiegare come le galassie si sono formate ed evolute nel corso dei 13,8 miliardi di anni di storia dell'universo.
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