Ammassi di galassie: osservazioni confermano il modello di materia oscura fredda

Il team internazionale guidato da Andrea Biviano dell'INAF-OATs ha osservato per la prima volta la relazione fra massa totale e concentrazione di massa predetta dai modelli di materia oscura fredda per gli ammassi di galassie. L'importante scoperta è il frutto di una sofisticata analisi delle osservazioni di un campione di 49 ammassi di galassie (OmegaWINGS). Benché l'esistenza di una relazione fra massa totale e concentrazione di massa fosse già stata osservata, essa era sempre risultata diversa da quella predetta (link all'articolo)

La struttura interna delle più grandi strutture cosmiche in equilibrio dinamico, gli ammassi di galassie, ci fornisce informazioni sulle proprietà della materia oscura che domina l'universo. Grazie alle simulazioni numeriche cosmologiche e a un modello di materia oscura siamo in grado di predire la struttura degli ammassi di galassie. Dal confronto tra previsioni e osservazioni è quindi possibile confermare o smentire alcuni modelli di materia oscura.

Un'importante predizione teorica sulla struttura degli ammassi di galassie è l'esistenza di una relazione fra massa totale e concentrazione di massa: tanto più grande la massa di un ammasso, tanto minore la concentrazione della stessa nelle regioni centrali. In passato, analisi di osservazioni di ammassi avevano già confermato l'esistenza di una relazione massa-concentrazione, ma diversa da quella prevista dai modelli teorici di materia oscura fredda. La maggior parte di questi studi era basata su dati in banda X o sull'analisi degli effetti di lente gravitazionale.

Il team internazionale guidato da un ricercatore dell'INAF-OATs, Andrea Biviano, ha analizzato la struttura di 49 ammassi di galassie e determinato la relazione massa-concentrazione utilizzando tecniche e dati diversi da quelle usate comunemente. In particolare, il team ha usato il set di dati della survey spettro-fotometrica OmegaWINGS (principal investigator: Bianca Poggianti dell'INAF-OAPd). Il team ha determinato massa e concentrazione degli ammassi tramite l'applicazione di un codice per la soluzione dell'equazione di equilibrio dinamico recentemente sviluppato, MAMPOSSt, alla distribuzione delle galassie nello spazio delle fasi proiettato.

Il risultato di questo studio, di prossima pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics, e' stato un'inattesa conferma delle predizioni teoriche dei modelli di materia oscura fredda. Secondo questo studio, la maggior parte delle precedenti determinazioni osservative della relazione massa-concentrazione avrebbe ottenuto risultati diversi dalla predizioni teoriche a causa di errori sistematici che non sono invece presenti nella metodologia di analisi usata nel presente studio.

La relazione fra concentrazione, c200, e massa, M200, per gli ammassi di galassie. La linea rossa e la regione gialla indicano il risultato del presente studio e l'intervallo di confidenza. Le altre linee indicano precedenti risultati osservativi (pannello in alto) e modelli teorici (pannello in basso). Si noti come quasi tutti i modelli teorici siano in buon accordo con la relazione ottenuta nel presente studio, a differenza dei precedenti risultati osservativi.