Utilizzando Advanced Camera for Surveys di Hubble, gli astronomi sono stati in grado di mappare la materia oscura invisibile in una galassia lontana, il che ha permesso loro di creare una delle mappe più nitide e dettagliate della materia oscura nell'universo. Cercare la materia invisibile e indeterminata è un lavoro difficile, ma che gli astronomi cercano di fare da oltre un decennio. Questa nuova mappa potrebbe anche fornire indizi su quell'altra cosa misteriosa nell'universo - l'energia oscura - e quale ruolo ha avuto nei primi anni di formazione dell'universo.
Un team guidato da Dan Coe al JPL ha usato Hubble per guardare Abell 1689, situato a 2,2 miliardi di anni luce di distanza. La gravità dell'ammasso, che proviene principalmente dalla materia oscura, agisce come una lente d'ingrandimento cosmica, piegando e amplificando la luce delle lontane galassie dietro di essa. Questo effetto, chiamato lente gravitazionale, produce immagini multiple, deformate e molto ingrandite di quelle galassie, facendo sembrare le galassie distorte e sfocate. Studiando le immagini distorte, gli astronomi hanno stimato la quantità di materia oscura all'interno dell'ammasso. Se la gravità dell'ammasso provenisse solo dalle galassie visibili, le distorsioni della lente sarebbero molto più deboli.
Ciò che hanno scoperto suggerisce che gli ammassi di galassie potrebbero essersi formati prima del previsto, prima che la spinta dell'energia oscura ne inibisse la crescita.
L'energia oscura allontana le galassie l'una dall'altra allungando lo spazio tra di loro, sopprimendo così la formazione di strutture giganti chiamate ammassi di galassie. Un modo in cui gli astronomi possono sondare questo braccio di ferro primordiale è attraverso la mappatura della distribuzione della materia oscura negli ammassi.
'Le immagini dell'obiettivo sono come un grande puzzle', ha detto Coe. 'Qui abbiamo scoperto, per la prima volta, un modo per disporre la massa di Abell 1689 in modo tale che lenti tutte queste galassie di sfondo nelle posizioni osservate'. Coe ha usato queste informazioni per produrre una mappa a più alta risoluzione della distribuzione della materia oscura dell'ammasso rispetto a quanto fosse possibile prima.
Sulla base della loro mappa di massa a risoluzione più elevata, Coe e i suoi collaboratori confermano i risultati precedenti che mostrano che il nucleo di Abell 1689 è molto più denso di materia oscura di quanto previsto per un ammasso delle sue dimensioni, basato su simulazioni al computer della crescita della struttura. Abell 1689 si unisce a una manciata di altri cluster ben studiati che hanno nuclei altrettanto densi. La scoperta è sorprendente, perché la spinta dell'energia oscura all'inizio della storia dell'universo avrebbe arrestato la crescita di tutti gli ammassi di galassie.
'Gli ammassi di galassie, quindi, avrebbero dovuto iniziare a formarsi miliardi di anni prima per arrivare ai numeri che vediamo oggi', ha detto Coe. “In passato, l'universo era più piccolo e più denso di materia oscura. Abell 1689 sembra essere stato ben nutrito alla nascita dalla materia densa che lo circondava nell'universo primordiale. L'ammasso ha portato con sé questa massa durante la sua vita adulta per apparire come lo osserviamo oggi”.
Gli astronomi stanno pianificando di studiare più ammassi per confermare la possibile influenza dell'energia oscura. Un importante programma Hubble che analizzerà la materia oscura in giganteschi ammassi di galassie è l'indagine Cluster Lensing e Supernova con Hubble (CLASH). In questa indagine, il telescopio studierà 25 ammassi per un totale di un mese nei prossimi tre anni. Gli ammassi CLASH sono stati selezionati per la loro forte emissione di raggi X, che indica che contengono grandi quantità di gas caldo. Questa abbondanza significa che i cluster sono estremamente massicci. Osservando questi ammassi, gli astronomi mapperanno le distribuzioni della materia oscura e cercheranno prove più conclusive della formazione iniziale degli ammassi, e possibilmente dell'energia oscura precoce.