Dopo aver contato tutta la normale materia luminosa nei punti più evidenti dell’universo – galassie, ammassi di galassie – ne manca ancora circa la metà. Quindi non solo l’85% della materia nell’universo è costituito da una sostanza sconosciuta e invisibile soprannominata “materia oscura“, ma non riusciamo nemmeno a trovare tutta la piccola quantità di materia normale che dovrebbe esserci.
Questo è noto come il problema dei “barioni mancanti“. I barioni sono particelle che emettono o assorbono luce, come protoni, neutroni o elettroni, che costituiscono la materia che vediamo intorno a noi. Si pensa che i barioni scomparsi siano nascosti in strutture filamentose che permeano l’intero universo, noto anche come “rete cosmica“.
Ma questa struttura è sfuggente e finora ne abbiamo visto solo qualche assaggio. Ora un nuovo studio, pubblicato su Science, offre una visione migliore che ci consentirà di aiutare a mappare come appare.
La rete cosmica fornisce l’impalcatura della struttura su larga scala nell’universo, prevista dal “modello cosmologico standard“. I cosmologi credono che esista una rete cosmica oscura, fatta di materia oscura, e una rete cosmica luminosa, composta principalmente da idrogeno gassoso. Si ritiene infatti che il 60% dell’idrogeno creato durante il Big Bang risieda in questi filamenti.
La rete di filamenti di gas è anche conosciuta come il “mezzo intergalattico caldo-caldo” (WHIM), perché è caldo all’incirca quanto 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 luce quindi non può essere osservata con i normali telescopi. Anche i filamenti della rete cosmica sono molto difficili da trovare in quanto sono molto diffusi e non emettono luce sufficiente per essere rilevati.
Dalla previsione originale, c’è stata un’intensa ricerca della rete cosmica, utilizzando 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 sullo sfondo, quando suddiviso in uno spettro per lunghezza d’onda.
Questo metodo è stato applicato utilizzando i quasar, che sono oggetti massicci molto luminosi a grandi distanze, e anche con le galassie sullo sfondo.
Galassie che illuminano il web
Il nuovo studio è riuscito a rilevare il gas in un modo completamente nuovo che consente l’imaging bidimensionale della rete cosmica, piuttosto che 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 in modo accattivante SSA22, è un proto-ammasso, il che significa che è un ammasso di galassie nella sua infanzia. È molto più lontano rispetto ai 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 sondare come i filamenti si sono assemblati per la prima volta.
Alcuni anni fa, vicino al suo centro sono state rilevate numerose galassie estremamente luminose in formazione stellare chiamate “galassie sub-millimetriche“. Questo nuovo studio ha trovato 16 galassie di questo tipo e otto potenti sorgenti di raggi X, una rara densità eccessiva di tali oggetti in questa prima epoca. Gli oggetti forniscono un’abbondante quantità di radiazioni ionizzanti a tutto l’idrogeno gassoso dei filamenti, il che gli fa emettere luce che possiamo rilevare, una tecnica molto più promettente dell’assorbimento.
Un altro mistero che questo studio aiuta a risolvere è la formazione delle galassie sub-millimetriche. La spiegazione più ampiamente concordata è che si formano come risultato della fusione di due normali galassie, formando quindi una galassia massiccia con il doppio della quantità di luce.
Tuttavia, le simulazioni al computer mostrano che queste galassie possono crescere dal gas freddo che si riversa dalla 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 raccontarci i loro movimenti nello spazio.
Studi futuri aiutano a mappare ulteriormente la rete cosmica nascosta. Oltre a guardare gli ammassi di galassie pieni di oggetti luminosi, possiamo anche tracciare l’emissione della rete in lunghezze d’onda radio o raggi X. Tuttavia, i raggi X tracciano gas molto più caldi rispetto alla maggior parte del WHIM. Il proposto osservatorio a raggi X 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 il fondo cosmico a microonde – la luce rimasta dal Big Bang – come “luce di fondo” e cercare le impronte sottili lasciate in esso dalla 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 su un’onda esistente. Ciò significa che mappe dettagliate dei filamenti di gas possono aiutarci a rintracciare la struttura più nascosta della materia oscura e, in ultima analisi, aiutarci a comprenderne la sua natura misteriosa.
Autore
Andreea Font, Università John Moores di Liverpool
