Individuata la materia ordinaria mancante nel gas intergalattico

Schema della scoperta dei barioni nel gas intergalattico
Schema della scoperta dei barioni nel gas intergalattico

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive la scoperta della materia ordinaria nell’universo che era ancora mancante all’appello. Un team di ricercatori guidato da Fabrizio Nicastro dell’INAF di Roma ha scoperto quella che tecnicamente viene chiamata materia barionica dopo averla cercata per quasi vent’anni usando il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA tenendo sotto ossservazione il quasar 1ES 1553+113 fino a trovare le tracce di barioni nascosti nel materiale caldo e gassoso presente tra le galassie.

L’analisi della radiazione cosmica di fondo effettuata in modo sempre più preciso con il progresso degli strumenti usati e culminata con la mappa creata grazie al satellite Planck Surveyor dell’ESA ha permesso di stimare la quantità di materia ordinaria esistente nell’universo. La sua evoluzione può essere seguita grazie a osservazioni dell’universo primordiale possibili con gli strumenti di nuova generazione ma dopo i primi due miliardi di anni di vita dell’universo oltre metà dei barioni sembra scomparire.

Mettendo assieme tutta la materia che forma le galassie, compresi gli aloni che le circondano, e perfino il gas che riempie gli ammassi galattici, si ottiene solo il 20% della materia ordinaria prevista. Secondo la teoria sviluppata nel corso degli anni, la maggior parte dei barioni fa parte dei filamenti di gas che collegano le galassie in una sorta di immensa ragnatela cosmica. Si tratta soprattutto idrogeno ionizzato, le cui emissioni sono molto deboli e di conseguenza difficili da rilevare.

Circa vent’anni fa è iniziata l’era dei telescopi spaziali per i raggi X che possono compiere indagini ad alta risoluzione anche su misteri come quello della materia barionica mancante. Si tratta comunque di ricerche tutt’altro che facili, infatti per molti anni i risultati sono stati deludenti. Tra il 2015 e il 2017 il team di Fabrizio Nicastro è riuscito a ottenere la possibilità di condurre una serie di osservazioni del quasar 1ES 1553+113 per un totale di tre settimane, un tempo molto lungo che ha prodotto un’enorme quantità di dati.

Questo quasar è lontano circa 4 miliardi di anni luce dalla Terra ed è estremamente luminoso grazie a un buco nero supermassiccio molto attivo a causa di una notevole quantità di materiali che gli orbitano attorno e vengono scaldati notevolmente. La conseguenza è che emette grandi quantità di radiazioni elettromagnetiche, compresi i raggi X rilevati dal telescopio spaziale XMM-Newton.

Quelle forti emissioni costituiscono una sorta di lampione cosmico sufficientemente forte da mostrare tracce di due concentrazioni di ossigeno presente nel gas intergalattico tra il quasar e la Terra, indicate nell’immagine in alto (ESA / ATG medialab; data: ESA / XMM-Newton / F. Nicastro et al. 2018; cosmological simulation: R. Cen) dalle frecce verdi e magenta. Le tracce di azoto sono indicate dalle frecce blu.

Quel gas intergalattico è a temperature stimate in parte in centinaia di migliaia di gradi e in parte in milioni di gradi e compone i filamenti della ragnatela cosmica. Le stime delle varie componenti della materia ordinaria, assieme a quelle di materia oscura ed energia oscura sono indicate nell’immagine in basso (ESA).

Fabrizio Nicastro e i suoi collaboratori intendono continuare gli studi usando altri quasar per trovare altro gas intergalattico con XMM-Newton e con l’osservatorio spaziale Chandra della NASA per capire meglio la distribuzione del gas nei filamenti cosmici. La missione Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) potrà offrire misurazioni più precise ma il lancio di questo nuovo telescopio spaziale dell’ESA è prevista per il 2028.

Trovare quel gas intergalattico è già un ottimo risultato, che premia vent’anni di sforzi. Si tratta di una scoperta importante che da subito ha dominato le notizie di attualità scientifica e non solo. Si parla di materia mancante ma in realtà quei barioni sono sempre stati al loro posto, è solo che non li vedevamo a causa dei limiti dei nostri strumenti. Ora abbiamo esteso ancora un po’ questi limiti.

Composizione della materia ordinaria
Composizione della materia ordinaria

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