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Universo: i filamenti cosmici potrebbero contenere la materia ”mancante”

La materia e l’energia oscura sono alcuni dei grandi misteri che ancora astrofisici, fisici e astronomi stanno cercando di risolvere. Come sappiamo, l’Universo è ricco di varie tipologie di strutture (dalle galassie ai buchi neri) ma ancora adesso il 95% della materia e dell’energia sfugge agli occhi degli strumenti. Parte della materia potrebbe essere nascosta in giganteschi filamenti cosmici.

A sinistra una simulazione al computer, a destra l'effettiva osservazione di eROSITA
A sinistra una simulazione al computer, a destra l’effettiva osservazione di eROSITA

Filamenti cosmici potrebbero risolvere uno dei misteri dell’Universo?

L’Università di Bonn ha pubblicato recentemente un nuovo studio che potrebbe aver trovato parte di quel 95% che manca alla nostra osservazione convenzionale. Come sempre, per rispondere a domande complesse non basta un singolo studio ma ci vorranno ulteriori prove in futuro. Nonostante tutto, quanto fatto dagli astrofisici tedeschi merita una lettura.

Secondo quanto riportato, parte della materia che solitamente non vediamo sarebbe racchiusa in giganteschi filamenti cosmici costituiti da gas estremamente caldo che circondano e uniscono le galassie o gli ammassi di galassie. Gli studiosi tedeschi hanno osservato uno di questi filamenti con una lunghezza di ben 50 milioni di anni luce (la Via Lattea dovrebbe avere un diametro di 160 mila anni luce).

La spiegazione che viene data (e che sembra concordare con le simulazioni al computer) è che dopo il Big Bang l’espansione della nuvola di gas abbia avuto una distribuzione quasi uniforme. Quel “quasi” ha permesso la formazione di zone con una densità leggermente superiore che hanno portato poi a stelle, galassie, pianeti e dell’Universo che conosciamo.

Si è teorizzato però che “nel corso di ben 13 miliardi di anni si è sviluppata una sorta di struttura spugnosa: grandi buchi privi di materia, con aree intermedie in cui migliaia di galassie sono raccolte in un piccolo spazio, i cosiddetti ammassi di galassie”. Queste strutture sarebbero a loro volta collegate dai filamenti cosmici che potrebbe contenere oltre la metà della materia barionica dell’Universo.

A destra la simulazione al computer, a destra l'osservazione di eROSITA
A destra la simulazione al computer, a destra l’osservazione di eROSITA

Filamenti enormi ma sfuggenti nell’Universo

Come mai non è stato possibile vedere tutta questa materia anche con strumenti molto sofisticati? La spiegazione sarebbe data dal fatto che in tutto questo tempo le particelle sarebbero state “diluite” nel vuoto cosmico (circa 10 particelle/m3). Questo ne ha complicato l’individuazione.

Grazie a eROSITA è però stato possibile trovare tracce di questo gas molto diluito ma anche molto comune. Questa sonda è stata posizionata in L2 (secondo punto di Lagrange), osserva i raggi X fino a 10 keV. Inoltre sfrutta un’ottica grandangolare per permettere di inquadrare una grande porzione di cielo in un’unica volta.

eROSITA è stata puntata nella zona di Abell 3391/95 dove si trovano tre ammassi di galassie a 700 milioni di anni luce dalla Terra. Proprio grazie al grande angolo di visione si possono inquadrare oggetti grandi. Come scritto sopra, il confronto tra simulazione al computer e immagini dello strumento hanno fornito risultati molto simili. Questa è solo una parte però del puzzle e bisognerà attendere ulteriori conferme prima di avere una risposta conclusiva.

eROSITA

eROSITA è lo strumento principale a bordo della missione russo-tedesca “Spectrum-Roentgen-Gamma” (SRG) che è stata lanciata con successo da Baikonur il 13 luglio 2019 e collocata in un’orbita di alone attorno al punto L2. eROSITA eseguirà il primo rilevamento di tutto il cielo di imaging nella gamma di raggi X a media energia fino a 10 keV con una risoluzione spettrale e angolare senza precedenti.

La natura della misteriosa Energia Oscura, che sta separando l’Universo, è una delle domande più eccitanti che l’astronomia e la fisica devono affrontare oggi. Potrebbe essere l’energia del vuoto, corrispondente alla costante cosmologica nella teoria della relatività generale di Einstein, oppure potrebbe essere un campo energetico variabile nel tempo. Rispondere a questa domanda potrebbe essere il punto di partenza di una rivoluzione fondamentale nella fisica.

Gli ammassi di galassie sono i più grandi oggetti collassati nell’universo. La loro formazione ed evoluzione è dominata dalla gravità, cioè Materia Oscura, mentre la loro distribuzione su larga scala e densità numerica dipende dalla geometria dell’Universo, cioè Energia Oscura. Le osservazioni a raggi X di ammassi di galassie forniscono informazioni sulla velocità di espansione dell’Universo, la frazione di massa nella materia visibile e l’ampiezza delle fluttuazioni primordiali che sono all’origine degli ammassi di galassie e dell’intera struttura dell’universo.

I principali obiettivi scientifici sono

  • per rilevare il mezzo intergalattico caldo di 50-100 mila ammassi e gruppi di galassie e gas caldo nei filamenti tra gli ammassi per mappare la struttura su larga scala nell’Universo per lo studio dell’evoluzione della struttura cosmica,
  • per rilevare sistematicamente tutti i buchi neri in accrescimento oscurati nelle galassie vicine e molti (fino a 3 milioni) nuclei galattici attivi nuovi e distanti e
  • studiare in dettaglio la fisica delle popolazioni di sorgenti di raggi X galattici, come stelle di sequenza principale, resti di supernova e binarie di raggi X.

Il telescopio eROSITA è composto da sette moduli specchio Wolter-1 identici. Ogni modulo contiene 54 gusci mirror annidati per soddisfare la sensibilità richiesta. Un nuovo sistema di rivelazione è stato sviluppato da MPE sulla base della tecnologia di successo XMM-Newton pn-CCD.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. The Abell 3391/95 galaxy cluster system – A 15 Mpc intergalactic medium emission filament, a warm gas bridge, infalling matter clumps, and (re-) accelerated plasma discovered by combining
    SRG/eROSITA data with ASKAP/EMU and DECam data T.H. Reiprich1, A. Veronica1, F. Pacaud1, M.E. Ramos-Ceja
  2. Boris V. Komberg, Andrey V. Kravtsov e Vladimir N. Lukash, The search and investigation of the Large Groups of Quasars, in ArXiv Astrophysics e-prints, 1º febbraio 1996, pp. 2090.
  3. R. G. Clowes, Large Quasar Groups – A Short Review., vol. 232, 1º gennaio 2001, pp. 108.
  4. William Hillyard, Filaments & Walls of Galaxies, su www.whillyard.com.
  5. Universe
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