Dopo aver contato tutta la materia normale e luminosa nei luoghi ovvi dell’universo – galassie, ammassi di galassie e il mezzo intergalattico – ne manca ancora circa la metà. Quindi, non solo l’85 percento della materia nell’universo è costituita da una sostanza sconosciuta e invisibile chiamata “materia oscura”, ma abbiamo problemi anche a trovare tutta la materia normale che dovrebbe esserci.
Questo è noto come problema dei “barioni mancanti”. I barioni sono particelle che emettono o assorbono la luce, come protoni, neutroni o elettroni, che compongono la materia che vediamo intorno a noi. Si pensa che i barioni che non riusciamo ancora a trovare siano nascosti in strutture filamentose che permeano l’intero universo, una struttura nota anche come “la rete cosmica“.
Ma questa struttura è inafferrabile e finora ne abbiamo visto solo vaghi accenni. Ora, però, un nuovo studio, pubblicato su Science, offre una visione migliore che ci consentirà di mappare l’aspetto di questa rete.
La rete cosmica costituisce l’impalcatura della struttura su larga scala dell’universo, prevista dal “modello cosmologico standard“. I cosmologi credono che ci sia una rete cosmica oscura, costituita da materia oscura, e una rete cosmica luminosa, composta principalmente di gas idrogeno.
In effetti, si ritiene che il 60 percento dell’idrogeno creato durante il Big Bang risieda in questi filamenti.
La rete di filamenti di gas è anche conosciuta come “mezzo intergalattico caldo-caldo“ (WHIM), perché è più o meno calda come l’interno del sole. È probabile che le galassie si formino all’intersezione di due o più di questi filamenti, dove la materia è più densa, con i filamenti che collegano tutti gli ammassi di galassie nell’universo.
Finora non siamo stati in grado di rilevare la materia oscura. Questo perché non emette né assorbe la luce, quindi non può essere osservata con i normali telescopi. Anche i filamenti di questa ragnatela cosmica sono molto difficili da vedere in quanto sono molto diffusi e non emettono luce sufficiente per essere rilevati.
Dalla previsione originale, c’è stata un’intensa ricerca del web cosmico, usando una varietà di metodi.
Uno di questi si basa su oggetti luminosi che si trovano sullo sfondo lungo la stessa linea di vista di un filamento di gas. Gli atomi di idrogeno nei filamenti possono assorbire la luce a una lunghezza d’onda specifica nell’ultravioletto. Questo può essere rilevato come linee di assorbimento nella luce dall’oggetto di sfondo, se suddivise in uno spettro per lunghezza d’onda.
Questo metodo è stato applicato usando i quasar, che sono oggetti enormi molto luminosi a grandi distanze e persino con galassie sullo fondo .
Le galassie illuminano il web cosmico
Il nuovo studio è riuscito a rilevare il gas in un modo completamente nuovo che consente l’imaging bidimensionale della rete cosmica, anziché fare affidamento sulla posizione casuale di una sorgente luminosa dietro la nuvola di gas utilizzata negli studi sull’assorbimento.
L’oggetto che hanno studiato, chiamato SSA22, è un proto-cluster, il che significa che è un cluster di galassie nella sua infanzia. È molto più lontano dei precedenti frammenti misurati della rete cosmica – la sua luce ha viaggiato per circa 12 miliardi di anni per raggiungerci. Ciò significa che stiamo guardando indietro nel tempo alle prime fasi dell’universo, consentendo agli scienziati di provare a capire come i primi filamenti si sono assemblati.
Alcuni anni fa, un numero di galassie estremamente luminose, a forma di stella, chiamate “galassie sub-millimetriche” sono state rilevate vicino al suo centro. Questo nuovo studio ha individuato 16 di queste galassie e otto potenti sorgenti di raggi X, una rara sovra-densità di tali oggetti per quell’epoca primordiale.
Gli oggetti forniscono un’abbondante quantità di radiazioni ionizzanti a tutto il gas idrogeno dei filamenti, il che gli fa emettere luce che possiamo rilevare.
Un altro mistero che questo studio aiuta a risolvere è la formazione di galassie sub-millimetriche. La spiegazione più ampiamente condivisa è che si formano a seguito della fusione di due galassie normali, formando quindi una galassia massiccia con il doppio della quantità di luce.
Tuttavia, le simulazioni al computer mostrano che queste galassie possono svilupparsi dal gas freddo che penetra nella vicina rete cosmica. Questo scenario è confermato da questo nuovo studio.
Mappa dettagliata
Il nuovo studio apre la strada a una mappatura bidimensionale più sistematica dei filamenti di gas che può parlarci dei loro movimenti nello spazio.
Studi futuri aiuteranno a mappare ulteriormente la rete cosmica nascosta. Oltre a guardare ammassi di galassie pieni di oggetti luminosi, possiamo anche tracciare l’emissione su lunghezze d’onda radio o a raggi X di questo web cosmico. Tuttavia, la radiografia traccia un gas molto più caldo rispetto alla maggior parte del WHIM. L’osservatorio a raggi X di Athena fornirà un quadro completo dei filamenti caldi attorno agli ammassi di galassie nell’universo vicino.
Un’altra missione, proposta per oltre il 2050, è quella di utilizzare lo sfondo cosmico a microonde – la luce rimasta dal Big Bang – come “luce di sfondo” per cercare le sottili impronte lasciate nella rete cosmica.
Tutti questi strumenti riveleranno l’intera struttura della rete cosmica e ci forniranno un censimento definitivo della materia nell’universo.
Inoltre, sappiamo che i barioni si insediano nei filamenti di materia oscura dell’universo per creare i propri filamenti, come schiuma sopra un’onda. Ciò significa che mappe dettagliate dei filamenti di gas potranno aiutarci a tracciare la struttura più nascosta della materia oscura e, in definitiva, aiutarci a capire la sua natura misteriosa.
Andreea Font, Docente senior presso l’Astrophysics Research Institute, Università John Moores di Liverpool.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’ articolo originale.
