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Ponti nascosti della materia oscura – La mappatura rivela la distribuzione della materia oscura intorno alla Via Lattea

Filamenti invisibili: la nuova mappa mostra la distribuzione della materia oscura intorno alla Via Lattea – rivela alcune strutture precedentemente sconosciute. Ciò include molte piccole stringhe che collegano le galassie vicine. Questo sguardo più da vicino alle correnti nascoste della materia nel nostro ambiente cosmico potrebbe aiutare a chiarire la natura della materia oscura, secondo gli astronomi del “Journal of Astrophysics”.

La materia oscura è altrettanto misteriosa ovunque nell’universo. Perché i suoi ingredienti e quali sono le sue proprietà non sono del tutto noti. Sembra solo chiaro che la sua gravità modella il comportamento e la distribuzione della materia naturale nell’universo. Tuttavia, la distribuzione della materia oscura stessa può essere determinata solo indirettamente dagli astronomi, ad esempio dal movimento delle correnti stellari o delle galassie.

Vicino al telaio è a malapena impostato

“Ironia della sorte, è più facile mappare la distribuzione della materia oscura lontano dai nostri quartieri”, spiega il coautore Donghui Jeong della Pennsylvania State University. “Perché nel lontano passato l’universo era meno complesso.” La maggior parte dei suoi predecessori Appuntamenti Quindi, la distribuzione della materia oscura dipende dall’osservazione o dalla simulazione di strutture a miliardi di anni luce di distanza.

Tuttavia, il modo in cui la materia oscura è distribuita vicino alla nostra Via Lattea e al gruppo locale è in gran parte sconosciuto. Il motivo: da un lato, parti delle strutture vicine sono coperte dalla Via Lattea e, dall’altro, il movimento delle galassie è influenzato anche da fattori diversi dalla materia oscura, spiegano Jeong e colleghi. Ma se hai solo una manciata di galassie in vista, come l’universo vicino, calcolare questi fattori di disturbo è più difficile.

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Aiuto dall’intelligenza artificiale

Per risolvere questo dilemma, il team di Jeong e l’autore principale Sungwook Hong dell’Università di Seoul hanno utilizzato un nuovo approccio: hanno utilizzato l’intelligenza artificiale per la mappatura. In primo luogo, hanno addestrato questo programma adattivo in una serie di simulazioni che determinano le caratteristiche e la distribuzione delle galassie, della materia interstellare e della materia oscura. I ricercatori si sono concentrati su set di dati che contengono molte galassie simili alla Via Lattea e ai suoi dintorni.

Utilizzando questi dati di addestramento, la rete neurale artificiale ha appreso come la distanza, la luminosità e il movimento appropriati delle galassie si relazionano alla densità e alla presenza della materia oscura nel loro ambiente. Jeong spiega: “Sulla base di quanto appreso, il sistema può ora riconoscere le strutture dettagliate nei nuovi dati e colmare alcune lacune”.

Per la mappatura effettiva, l’IA ha quindi ricevuto i dati dal catalogo delle galassie Cosmicflow 3 su 17.647 galassie entro 65 milioni di anni luce dalla Via Lattea. Da queste informazioni, il sistema ha determinato la distribuzione e la densità della materia oscura nella nostra area locale.

Guarda le corde “oscure”

La mappa creata con l’intelligenza artificiale ora rivela per la prima volta come la materia oscura è distribuita nel nostro universo locale. “La caratteristica più sorprendente che abbiamo scoperto è la struttura filamentosa della rete cosmica locale”, dicono i ricercatori. La mappa mostra chiaramente che la materia oscura è distribuita intorno a noi in una struttura a griglia. Quindi la sua distribuzione locale è simile a quella che può essere osservata anche nell’universo lontano.

Jeong dice: “L’esistenza di una tale mappa della rete cosmica locale apre un capitolo completamente nuovo negli studi cosmici”. “Perché ora possiamo vedere come la distribuzione locale della materia oscura è correlata ad altri dati astronomici, come specifiche emissioni radioattive”.

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Questo, a sua volta, potrebbe fornire informazioni sulla natura ancora misteriosa della materia oscura. Secondo un’ipotesi, le particelle di materia oscura potrebbero annichilirsi a vicenda emettendo raggi X o raggi gamma. Se questo è vero, allora questa irradianza dovrebbe essere corrispondentemente più alta nelle regioni di maggiore densità di materia oscura – la nuova designazione ora consente questo confronto.

La mappa mostra anche alcune delle grandi strutture già note (in rosso) dell’universo locale. © Hong et. al./ The Astrophysical Journal

Sottili dinamiche del nostro ambiente

La nuova mappa fornisce anche informazioni sulle dinamiche e le connessioni gravitazionali di molti oggetti visibili nell’universo locale. Ad esempio, mostra diverse strutture di grandi dimensioni ben note come Lokalen Void, Una regione di spazio relativamente vuota, ai margini della quale si trova la nostra Via Lattea. “I dati sulla velocità mostrano come la materia viaggia dal vuoto locale alle strutture dei filamenti adiacenti e agli ammassi galattici”, spiegano i ricercatori.

Anche alcune delle stringhe più grandi della rete di storyboard locale stanno diventando visibili nella nuova mappa. Una di queste cose è stata scoperta nel 2015 Dark Matter Bridge Tra l’ammasso locale e il super ammasso della Vergine, ma anche il muro di Fornax, un filo che collega diversi ammassi di galassie. Secondo gli astronomi, ciò dimostra che la nuova mappa 3D cattura bene le interazioni e le dinamiche della materia visibile e invisibile.

Strutture non riconosciute

Ma eccitante: la mappatura sta rivelando anche alcune nuove strutture mai scoperte in precedenza. Ciò include molti ponti di materia oscura più piccoli che collegano le galassie vicine. “Con l’aiuto della nuova mappa, ora sappiamo dove si trovano queste strutture di filamenti, quindi possiamo esaminare direttamente questi ponti nascosti tra le galassie”, dice Jeong.

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Un’altra novità è la correzione recentemente scoperta di galassie nane, ammassi globulari e correnti stellari vicino alla Via Lattea con Il livello locale. Questo copre un’area sotto forma di una piastra di circa 20 milioni di anni luce di diametro, dove la Via Lattea e la galassia di Andromeda sono circondate da 12 grandi galassie.

La conoscenza di queste strutture e distorsioni può ora fornire maggiori informazioni su come il nostro ambiente cosmico è diventato quello che è oggi. “Poiché la materia oscura domina le dinamiche dell’universo, determina anche il nostro destino”, dice Jeong. Se conosciamo le leggi alla base della loro attuale distribuzione, possiamo tornare indietro nel tempo e comprendere la storia cosmica dei nostri vicini. (Journal of Astrophysics, 2021; Doi: 10.3847 / 1538-4357 / abf040)

Questi sono: Pennsylvania State University