L'anello di Einstein è costituito da materia oscura ed elementi stellari

Immagine a colori della galassia JWST-ER1. La materia oscura rimane chiaramente invisibile! (Fonte: Van Dokkum et al., 2023)

Questo studio sulla materia oscura arriva sulla scia della scoperta della galassia JWST-ER1 da parte del James Webb Space Telescope lo scorso settembre. È un'antica galassia formatasi circa 3,4 miliardi di anni dopo il Big Bang. A quel tempo, il nostro universo aveva solo un quarto della sua età attuale.

Secondo un nuovo studio i cui risultati sono stati pubblicati in Lettere del diario astrofisicoGli astronomi hanno scoperto che questa galassia, che dista circa 17 miliardi di anni luce, è circondata dall'anello di Einstein.

Questa struttura, prevista dalla teoria della relatività generale di Einstein, è una sorta di cerchio continuo di luce che circonda la galassia.

La luce dell'anello di Einstein non proviene da JWST-ER1, ma da una galassia più distante e invisibile. Quando si avvicina alla galassia JWST-ER1, i raggi luminosi vengono piegati a causa della massa di quest'ultima che agisce come una lente gravitazionale.

C'è una materia che conosciamo molto bene, che è composta da protoni, neutroni ed elettroni. Chiamato anche Materia barionicaCostituisce tutto ciò che ci circonda, che può esistere sotto forma di gas, liquidi, solidi e, in alcuni casi, plasma. Questa materia costituisce solo il 5% dell'universo.

Oltre a questa materia barionica, c’è la materia oscura. Ha massa e riempie l'intero universo. Non riflette, assorbe o emette alcuna o pochissima luce. Rappresenta circa l'80% della materia presente nell'universo.

Scoperta dell'alone di materia oscura

Gli astronomi sanno che questo anello di Einstein è costituito da materia barionica e materia oscura. Grazie all'effetto Lente gravitazionaleI ricercatori sono riusciti a calcolare la massa totale contenuta in questo anello di Einstein.

Innanzitutto, grazie all’effetto della lente gravitazionale, gli astronomi hanno determinato che la massa della galassia JWST-ER1 è circa 650 miliardi di volte la massa del nostro Sole. Date le sue dimensioni, ovviamente galassia Relativamente denso.

Sottraendo la massa stellare visibile dalla massa totale sopra dedotta, i ricercatori ottengono la quota di materia oscura presente in questa galassia. Eseguendo questa semplice operazione matematica, gli astronomi si trovarono di fronte a un problema: il valore della massa della materia appariva molto più grande del previsto!

Inizialmente, questa scoperta lasciò gli scienziati dell’UCLA a grattarsi la testa.

In effetti, per spiegare i risultati della lente gravitazionale, sembra essere necessaria una massa aggiuntiva.

Nel loro articolo gli astronomi offrono la seguente spiegazione: l'elevata densità della galassia JWST-ER1 può essere spiegata da un numero di stelle maggiore di quello stimato finora.

Gli astronomi ritengono che la materia barionica, che costituisce, tra le altre cose, gas e stelle, subisca un meccanismo di contrazione che la fa collassare e condensare. Quindi può esserci più materia oscura nello stesso volume, il che significa maggiore densità.

Le particelle di materia oscura interagiscono tra loro

Al centro della galassia JWST-ER1, la densità della materia oscura è più alta. In realtà agisce come una “colla cosmica”. Senza di essa, la galassia ad alta velocità si disintegrerebbe completamente.

Attraverso modelli, gli astronomi hanno anche ipotizzato che possa esistere un tipo di materia oscura in cui le sue particelle costituenti potrebbero interagire. Secondo questo nuovo studio, questa ipotesi sembra concordare bene con le misurazioni e i dati di JWST-ER1.

Attualmente, gli scienziati non sanno ancora cosa sia la materia oscura. Secondo alcuni specialisti è costituito da particelle dotate di massa. Sarà quindi sensibile alla gravità e interagirà con la materia barionica solo attraverso la forza nucleare debole.

Secondo questo modello, ciascuna di queste particelle viene chiamata Debole (Particelle massicce che interagiscono debolmente) La loro massa può variare da 1 a 100.000 volte la massa di un protone.

La scoperta di JWST-ER1 e dell'Anello Einstein da parte del telescopio James Webb ha aperto nuovi orizzonti per lo studio della materia oscura, l'elemento misterioso che occupa gran parte dell'universo.

fonte :

Dimao Kong, Daning Yang e Haibo Yu, “Interpretazioni della materia oscura fredda e della materia oscura autointeragente dell'oggetto con lente gravitazionale forte JWST-ER1”, Lettere del diario astrofisico, 2024 11 aprile https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad394b