CLASH-VLT: le sottostrutture di un ammasso di galassie viste con la lente gravitazionale

di Emiliano Munari

per gentile concessione di C. Grillo

Lo scenario cosmologico ad oggi maggiormente accreditato, il cosiddetto "scenario ΛCDM", consiste in un Universo composto prevalentemente da due componenti: la materia oscura e l'energia oscura. Negli ultimi decenni molti sforzi sono stati fatti per quantificare l'ammontare di tali componenti e comprenderne la natura. Tuttavia, mentre riteniamo di conoscere in modo abbastanza accurato la quantità relative di energia e materia cosmica, la natura delle due componenti rimane ignota.

Gli ammassi di galassie sono i più grandi oggetti in equilibrio (o prossimi ad esso) dell'Universo. Ospitano da centinaia fino a migliaia di galassie e costituiscono un prezioso strumento per indagare l'attuale scenario cosmologico standard. La loro massa e struttura interna forniscono informazioni sulla loro formazione, la quale è in ultima istanza connessa con la storia cosmologica nel suo complesso. Uno dei metodi più efficaci per lo studio della struttura interna degli ammassi di galassie è fornito dal cosiddetto "effetto lente": la distribuzione di massa di un ammasso di galassie deflette i raggi di luce emessi da galassie lontane che si vedono, in proiezione, dietro all'ammasso. Queste galassie, appaiono `magnificate' (ovvero più luminose di quanto siano in realtà) e distorte risperto alla loro forma originale. Per alcune particolari configurazioni geometriche del sistema ottico composto dalla lente (l'ammasso) e dalle sorgenti (le galassie distanti), le immagini di queste ultime diventano archi ed una singola sorgente può comparire più volte.
Studiando la posizione e le forme di queste immagini multiple è possibile ottenere informazioni sulla massa che ha causato la deflessione della luce.

Grazie alla superba qualità delle immagini HST e della spettroscopia del VLT abbiamo studiato l'ammasso MACS J0416 come parte del programma CLASH-VLT. MACS J0416 si presenta con una forma allungata, come risultato di una fusione (`merger') in corso. Tale configurazione fa di MACS J0416 un'efficace lente gravitazionale. La distribuzione di massa dell'ammasso e' stata modellata ricostruendo le posizioni di 30 immagini multiple originate da 10 sorgenti differenti, richiedendo che corrispondessero a quelle osservate. Nella distribuzione di massa ricostruita, che mostriamo in Fig. 1, siamo stati in grado di ricostruire le posizioni delle immagini prodotte dall'effetto della lente gravitazionale con eccellente precisione. Questo ci ha permesso di ricavare la distribuzione di materia oscura nell'ammasso ad un livello di dettaglio senza precedenti. L'ammasso risulta composto da due aloni principali di materia oscura, a conferma che questo ammasso è il risultato di un merger recente. Sovrapposte a questa distribuzione principale abbiamo individuato 175 ulteriori componenti corrispondenti ai piccoli aloni di materia oscura che ospitano le galassie dell'ammasso. Un'informazione così dettagliata della struttura interna offre la possibilità di investigare la natura della materia oscura (ad esempio se auto-interagente o no) e ci permette di testare i fondamenti fisici dell'attuale modello ΛCDM, oltre che di investigare l'impatto della fisica barionica sull'accrescimento di massa delle strutture cosmologiche.

Questo lavoro, guidato da Claudio Grillo con il contributo di ricercatori dell'OATs e dell'Università di Trieste, è stato accettato per la pubblicazione nella rivista Astrophysical Journal. L'articolo completo è disponibile qui: http://arxiv.org/abs/1407.7866