C’è molta materia nell’Universo, ma non tutta è visibile a noi. La materia è, essenzialmente, tutto ciò che ha massa e occupa spazio. Ciò include noi, i pianeti, le stelle, le nebulose e le galassie. Include anche la materia oscura. È tutto sparso nello spazio.
La materia è distribuita uniformemente o è raggruppata in grumi? O potrebbe essere in qualche altra configurazione? Per rispondere in modo specifico a queste domande, gli astronomi mappano la materia e la confrontano con i modelli teorici dell’Universo. Come lo fanno? Il primo passo è costruire telescopi e usarli per fare osservazioni e raccogliere enormi quantità di dati sull’Universo osservabile. Le misurazioni per la distribuzione della materia richiedono strumenti specializzati che rilevano segnali deboli da zone lontane del cosmo.
Un gruppo di ricerca dell’Università di Chicago e del Fermi National Accelerator Laboratory ha utilizzato due diversi telescopi e i dati di un osservatorio spaziale chiamato Planck per realizzare la mappa più aggiornata della materia nell’Universo. Il risultato delle loro osservazioni è questo: la materia nell’Universo non è così grumosa come prevedono i loro modelli. Cioè, non è completamente distribuita uniformemente, il che significa che è un po’ più raggruppata in alcune aree rispetto ad altre. Anche se questo non sembra molto preciso, è un enorme passo avanti nella conoscenza della distribuzione di tutta la materia cosmica che compone il nostro Universo.
La storia della materia nell’universo
La storia della distribuzione della materia è iniziata al momento del Big Bang, circa 13,7 miliardi di anni fa. In quel momento, tutta la materia è stata creata. Da allora, si è diffusa man mano che l’Universo si espande. Mentre lo fa, la materia si raffredda e si aggrega. Quel raggruppamento significa che l’Universo non è necessariamente distribuito senza intoppi. Possiamo vederlo nelle massicce congregazioni di galassie negli odierni ammassi e superammassi.
Le regioni con meno massa si presentano come aree più chiare mentre quelle con più massa sono più scure. Per gentile concessione della missione ESA/Planck.
Gli astronomi possono rilevare anche la distribuzione “aggregata” nell’universo primordiale. Lo fanno osservando le fluttuazioni nella radiazione di fondo a microonde. Questa è la luce molto debole del Big Bang che viene spostata verso il rosso nella parte delle microonde dello spettro. La missione Planck ha misurato le variazioni di temperatura su questo fondo di microonde, che non era completamente liscio e uniforme. Quella luce è la prima emessa dopo i secoli bui cosmici, quando l’Universo era ancora troppo caldo e pieno di plasma per permettere alla luce di propagarsi. Quando finalmente la luce è riuscita a passare, inizio l’alba cosmica.
Man mano che il tempo passava e l’universo continuava ad espandersi e a raffreddarsi, e la materia cominciava ad ammassarsi, le fluttuazioni diventavano più dense e massicce con l’attrazione della gravità della materia. Alla fine nacquero le prime stelle, galassie e altre strutture. Quindi, l’evoluzione della distribuzione della materia dai primi istanti dell’Universo alla ricchezza di ciò che vediamo ora porta a chiedersi come tale distribuzione sia cambiata nel tempo.
Come è stata mappata la materia
Il team di ricerca ha combinato i dati di due importanti sondaggi del telescopio dell’Universo per ottenere questo risultato. Uno è il Dark Energy Survey. Mappa l’esistenza e la distribuzione della materia oscura invisibile e misteriosa che permea l’Universo. L’altra indagine proviene dal South Pole Telescope. Cerca deboli tracce di radiazioni emesse durante i primi istanti dell’Universo. Il team ha utilizzato anche i dati della missione Planck, che ha studiato la radiazione cosmica di fondo del Big Bang.
Entrambi gli sforzi hanno utilizzato la lente gravitazionale, che piega la luce mentre passa attraverso aree dello spazio con campi gravitazionali intensi. Ciò include galassie e accumuli di materia oscura. Entrambi distorceranno pesantemente il percorso della luce da oggetti ed eventi più distanti nell’Universo primordiale. L’accoppiamento dei dati di entrambi i sondaggi aiuta effettivamente a mappare l’esistenza sia della materia regolare che della materia oscura.
Inoltre, la combinazione di due metodi diversi riduce la possibilità che gli errori in una forma mandino all’aria l’intero sondaggio. “Funziona come un controllo incrociato, quindi diventa una misurazione molto più affidabile rispetto a quando si usa solo l’uno o l’altro”, ha detto l’astrofisico dell’Università di Chicago Chihway Chang, uno dei principali autori degli studi.
Cosa significa
L’analisi dei dati di entrambi i sondaggi ha permesso agli scienziati di dedurre dove si trova ora tutta la materia nell’Universo. Altre buone notizie: i risultati si adattano perfettamente alla teoria dell’Universo attualmente più accettata. Questo non vuol dire che gli scienziati ora capiscano completamente perché la materia è finita dov’è.
In effetti, c’è un piccolo problema. “Sembra che ci siano un po’ meno fluttuazioni nell’Universo attuale di quanto prevediamo assumendo il nostro modello cosmologico standard ancorato all’Universo primordiale”, ha detto l’astrofisico dell’Università delle Hawaii Eric Baxter. Quelle fluttuazioni a cui si riferisce sono la “grumosità” della distribuzione della materia. Se si prendono in considerazione tutte le leggi fisiche che governano l’Universo e le si estrapolano dal primo momento del Big Bang fino ad oggi, l’Universo dovrebbe apparire leggermente diverso da quello che effettivamente ci appare ora.
Non sembra un grosso problema, ma potrebbe significare che manca qualcosa nei modelli esistenti dell’Universo che gli astronomi dovranno trovare. Tuttavia, i due sondaggi rappresentano un grande passo avanti nella comprensione della distribuzione della materia. Non solo mostrano agli astronomi dove si trova ora la materia, ma segnano anche un cambiamento nel modo in cui gli astronomi intraprendono tali studi. “Penso che questo esercizio abbia mostrato sia le sfide che i vantaggi di fare questo tipo di analisi”, ha detto Chang. “Ci sono molte cose nuove che puoi fare quando combini questi diversi punti di vista dell’Universo.”
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