DA UNO STUDIO SU PHYSICAL REVIEW

L’evoluzione degli aloni di materia oscura

Grazie ad una serie di simulazioni numeriche, condotte da un gruppo di ricercatori dell’Istituto Kavli, è stato possibile ottenere previsioni più accurate che riguardano la distribuzione degli aloni di materia oscura. Questo studio permette di ricavare preziosi indizi sull’evoluzione cosmologica di queste strutture, un problema non del tutto definito e noto con il termine 'halo bias'

Simulazione al computer di una galassia a spirale simile alla Via Lattea, con l’alone di materia oscura che l’avvolge. Si scorgono “nodi” di materia oscura dove si dovrebbero trovare molte piccole galassie satellite, fatto che nella realtà della nostra galassia non viene osservato. Se ci fosse molta meno materia oscura, come suggerisce il nuovo studio, allora i conti tornerebbero di più. Crediti: Chris Power e Rick Newton, ICRAR

Simulazione al computer di una galassia a spirale simile alla Via Lattea, con l’alone di materia oscura che l’avvolge. Crediti: Chris Power e Rick Newton, ICRAR

Alcuni ricercatori dell’Istituto Kavli IPMU hanno trovato che gli effetti ambientali, come le code di marea che vengono generate a seguito delle interazioni gravitazionali su scale molto maggiori di quelle caratteristiche di un ammasso di galassie, sono indispensabili per spiegare la distribuzione e l’evoluzione degli aloni di materia oscura che circondano le galassie. Questo lavoro, pubblicato su Physical Review D, è stato reso possibile grazie ad un confronto dettagliato tra teoria e simulazioni e permette di avere ulteriori indizi sulle proprietà fisiche dell’Universo.

Nello scenario standard che descrive la formazione delle strutture cosmiche, la materia oscura collassa per effetto gravitazionale formando una regione molto densa, chiamata alone di materia oscura, che successivamente attrae il gas causando la formazione di stelle e galassie. Dunque, per estrarre l’informazione cosmologica dalle mappe galattiche tridimensionali, come ad esempio le survey SDSS BOSS, SuMIRe e così via, è importante capire come si sono evoluti gli aloni di materia oscura nel corso della storia cosmica, un problema noto in cosmologia con il termine halo bias.

«Vari studi hanno già tentato di descrivere questo problema cosmologico», spiega Teppei Okumura, un ricercatore coinvolto nello studio. «Ad ogni modo, nessuno di essi ha fornito dei buoni risultati dalle simulazioni. Perciò, abbiamo deciso di proseguire i lavori precedenti motivati da argomentazioni di natura matematica al fine di verificare se le nostre estensioni fossero valide».

Gli autori dimostrano che i termini cosiddetti “non locali di ordine superiore” che si originano dagli effetti ambientali, come appunto le code di marea che si generano dalle interazioni gravitazionali, devono essere prese in considerazione per poter descrivere nelle simulazioni il problema dell’halo bias. Inoltre, nell’articolo i ricercatori confermano che l’entità di questi effetti ambientali concorda molto bene con una semplice previsione teorica.

«I risultati del nostro studio forniscono delle previsioni più accurate relative alla distribuzione degli aloni di materia oscura se però vengono considerati in maniera appropriata i termini di ordine superiore che sono stati omessi in letteratura», afferma Shun Saito, primo autore dello studio. «Il nostro modello che abbiamo ulteriormente perfezionato è stato già applicato ai dati reali del progetto BOSS. Perciò il nostro lavoro permette di migliorare certamente la stima delle masse del neutrino non solo ma ci fornisce preziosi indizi sull’enigmatica energia oscura».


Physical Review D: Shun Saito et al. – Understanding higher-order nonlocal halo bias at large scales by combining the power spectrum with the bispectrum

arXiv: Understanding higher-order nonlocal halo bias at large scales by combining the power spectrum with the bispectrum