Le immagini incredibilmente dettagliate dell’Osservatorio Vera C. Rubin illumineranno flussi stellari lontani e i loro incontri passati con la materia oscura.
I fili scintillanti di stelle intorno alla Via Lattea potrebbero contenere risposte a una delle nostre più grandi domande sull’Universo: cos’è la materia oscura?
Con immagini scattate attraverso sei diversi filtri colorati montati sulla più grande fotocamera mai costruita per l’astronomia e l’astrofisica, l’imminente Legacy Survey of Space and Time dell’Osservatorio Vera C. Rubin rivelerà flussi stellari mai visti prima intorno alla Via Lattea e gli effetti rivelatori delle loro interazioni con la materia oscura.
Ipnotizzanti come fiumi che brillano alla luce del sole, i flussi stellari tracciano archi scintillanti attraverso e intorno alla nostra galassia, la Via Lattea.
I flussi stellari sono composti da stelle che erano originariamente legate in ammassi globulari o galassie nane, ma sono state interrotte dalle interazioni gravitazionali con la nostra galassia e disegnate in lunghe linee finali.
Queste sottili scie di stelle mostrano spesso segni di disturbo e gli scienziati sospettano che in molti casi la materia oscura sia la colpevole.
L’Osservatorio Vera C. Rubin, finanziato congiuntamente dalla National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti e dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), fornirà presto una grande quantità di dati per illuminare i flussi stellari, la materia oscura e le loro complesse interazioni.
La materia oscura costituisce il 27% dell’Universo, ma non può essere osservata direttamente e gli scienziati attualmente non sanno esattamente cosa sia.
Per saperne di più, usano una varietà di metodi indiretti per studiarne la natura. Alcuni metodi, come la lente gravitazionale debole, mappano la distribuzione della materia oscura su larga scala in tutto l’Universo.
L’osservazione dei flussi stellari consente agli scienziati di sondare un aspetto diverso della materia oscura perché mostrano l’impronta digitale degli effetti gravitazionali della materia oscura su piccola scala.
L’Osservatorio Vera C. Rubin, situato in Cile, utilizzerà un telescopio di 8,4 metri dotato della più grande fotocamera digitale del mondo per condurre un’indagine di 10 anni dell’intero cielo dell’emisfero australe a partire dalla fine del 2025.
I dati risultanti, con immagini scattate attraverso sei diversi filtri di colore, renderanno più facile che mai per gli scienziati isolare i flussi stellari tra e oltre la Via Lattea ed esaminarli alla ricerca di segni di distruzione della materia oscura.
“Sono davvero entusiasta di usare i flussi stellari per conoscere la materia oscura”, ha detto Nora Shipp, borsista post-dottorato presso la Carnegie Mellon University e co-coordinatore del gruppo di lavoro sulla materia oscura presso il Rubin Observatory/LSST Dark Energy Science Collaboration.
“Con l’Osservatorio Rubin saremo in grado di utilizzare i flussi stellari per capire come la materia oscura è distribuita nella nostra galassia dalle scale più grandi fino a quelle molto piccole”.
L’Osservatorio Rubin inizierà le operazioni scientifiche alla fine del 2025. Il Rubin Observatory è un programma della NSF NOIRLab, che, insieme allo SLAC National Accelerator Laboratory, gestirà congiuntamente Rubin.
L’evidenza suggerisce che un alone sferico di materia oscura circonda la Via Lattea, costituito da piccoli grumi di materia oscura. Questi grumi interagiscono con altre strutture, interrompendo le loro dinamiche gravitazionali e cambiando il loro aspetto osservato.
Nel caso dei flussi stellari, i risultati delle interazioni con la materia oscura appaiono come nodi o lacune nelle scie stellari.
Le immagini incredibilmente dettagliate dell’Osservatorio Rubin consentiranno agli scienziati di identificare ed esaminare irregolarità molto sottili nei flussi stellari, e quindi dedurre le proprietà degli ammassi di materia oscura di piccola massa che li hanno causati, anche restringendo i tipi di particelle di cui sono fatti questi grumi.
“Osservando i flussi stellari, saremo in grado di effettuare misurazioni indirette degli ammassi di materia oscura della Via Lattea fino a masse inferiori rispetto al passato, dandoci ottimi vincoli sulle proprietà delle particelle della materia oscura“, ha detto Shipp.
I flussi stellari nelle regioni esterne della Via Lattea sono particolarmente buoni candidati per osservare gli effetti della materia oscura perché è meno probabile che siano stati influenzati dalle interazioni con altre parti della Via Lattea, il che può confondere il quadro.
L’Osservatorio Rubin sarà in grado di rilevare flussi stellari a una distanza di circa cinque volte più lontana di quella che possiamo vedere ora, consentendo agli scienziati di scoprire e osservare una popolazione completamente nuova di flussi stellari nelle regioni esterne della Via Lattea.
I flussi stellari sono difficili da distinguere dalle molte altre stelle della Via Lattea.
Per isolare i flussi stellari, gli scienziati cercano stelle con proprietà specifiche che indicano che probabilmente appartenevano insieme come ammassi globulari o galassie nane.
Quindi analizzano il moto o altre proprietà di queste stelle per identificare quelle collegate come un flusso.
“I flussi stellari sono come fili di perle, le cui stelle tracciano il percorso dell’orbita del sistema e hanno una storia condivisa”, ha detto Jaclyn Jensen, dottoranda presso l’Università di Victoria, che prevede di utilizzare i dati di Rubin/LSST per la sua ricerca sui progenitori dei flussi stellari e sul loro ruolo nella formazione della Via Lattea.
“Utilizzando le proprietà di queste stelle, possiamo determinare le informazioni sulle loro origini e che tipo di interazioni il flusso potrebbe aver sperimentato. Se troviamo una collana di perle con alcune perle sparse nelle vicinanze, possiamo dedurre che qualcosa potrebbe essere arrivato e aver rotto il filo”.
La fotocamera LSST da 3200 megapixel dell’Osservatorio Rubin è dotata di sei filtri colorati, tra cui, in particolare per gli scienziati del flusso stellare come Shipp e Jensen, un filtro ultravioletto. I
l filtro ultravioletto di Rubin fornirà informazioni critiche sull’estremità blu-ultravioletta dello spettro luminoso che consentirà agli scienziati di distinguere le sottili differenze e districare le stelle in un flusso dalle stelle simili nella Via Lattea.
Nel complesso, Rubin fornirà agli scienziati migliaia di immagini profonde scattate attraverso tutti e sei i filtri, dando loro una visione più chiara dei flussi stellari che mai.
La valanga di dati che Rubin fornirà ispirerà anche nuovi strumenti e metodi per isolare i flussi stellari. Come osserva Shipp,
“In questo momento è un processo ad alta intensità di lavoro individuare i potenziali flussi a occhio: il grande volume di dati di Rubin rappresenta un’entusiasmante opportunità per pensare a modi nuovi e più automatizzati per identificare i flussi”.
Immagine: RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva, M. Zamani
