Un nuovo GPS per il mezzo intergalattico: trovato l’indirizzo della materia “mancante” dell’universo

Utilizzando lampi radio veloci per guidarli, gli astronomi del CfA hanno mappato la distribuzione della materia ordinaria dell’Universo nello spazio tra le galassie e hanno rilevato i lampi radio veloci più distanti fino ad oggi.

Un nuovo studio ha individuato la posizione della materia “mancante” dell’Universo e ha rilevato il lampo radio veloce (FRB) più distante mai registrato. Usando gli FRB come guida, gli astronomi del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) e Caltech hanno dimostrato che più di tre quarti della materia ordinaria dell’Universo si è nascosta nel gas sottile tra le galassie, segnando un importante passo avanti nella comprensione di come la materia interagisce e si comporta nell’Universo.

Hanno utilizzato i nuovi dati per effettuare la prima misurazione dettagliata della distribuzione della materia ordinaria attraverso la rete cosmica.

Lo studio è stato pubblicato oggi su Nature Astronomy.

Per decenni, gli scienziati hanno saputo che almeno la metà della materia ordinaria o barionica dell’Universo, composta principalmente da protoni, non era stata presa in considerazione.

In precedenza, gli astronomi hanno utilizzato tecniche tra cui l’emissione di raggi X e le osservazioni ultraviolette di quasar distanti per trovare indizi di grandi quantità di questa massa mancante sotto forma di gas molto sottile e caldo tra le galassie.

Poiché quella materia esiste come gas caldo a bassa densità, era in gran parte invisibile alla maggior parte dei telescopi, lasciando agli scienziati il compito di stimare ma non confermare la sua quantità o posizione.

Entriamo in gioco gli FRB, brevi e luminosi segnali radio provenienti da galassie lontane che gli scienziati hanno dimostrato solo di recente in grado di misurare la materia barionica nell’Universo, ma fino ad ora non sono riusciti a trovare la sua posizione.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato 60 FRB, che vanno da ~11,74 milioni di anni luce di distanza, FRB20200120E nella galassia M81, a ~9,1 miliardi di anni luce di distanza, FRB 20230521B, l’FRB più distante mai registrato.

Ciò ha permesso loro di individuare la materia mancante nello spazio tra le galassie, o nel mezzo intergalattico (IGM).

“Il ‘problema del barione mancante’, vecchio di decenni, non ha mai riguardato l’esistenza della materia”, ha detto Liam Connor, astronomo del CfA e autore principale del nuovo studio.

“Era sempre: dov’è? Ora, grazie agli FRB, lo sappiamo: tre quarti di esso fluttua tra le galassie nella rete cosmica”. In altre parole, gli scienziati ora conoscono l’indirizzo di casa della materia “mancante”.

Misurando quanto ogni segnale FRB è stato rallentato mentre passava nello spazio, Connor e il suo team hanno tracciato il gas lungo il suo viaggio

. “Gli FRB agiscono come torce cosmiche”, ha detto Connor, che è anche assistente professore di astronomia ad Harvard. “Brillano attraverso la nebbia del mezzo intergalattico e, misurando con precisione il modo in cui la luce rallenta, possiamo pesare quella nebbia, anche quando è troppo debole per essere vista”.

I risultati sono stati chiari: circa il 76% della materia barionica dell’Universo si trova nell’IGM.

Circa il 15% risiede negli aloni delle galassie e una piccola frazione è scavata nelle stelle o in mezzo al gas galattico freddo.

Questa distribuzione si allinea con le previsioni delle simulazioni cosmologiche avanzate, ma non è mai stata confermata direttamente fino ad ora.

“È un trionfo dell’astronomia moderna”, ha detto Vikram Ravi, assistente professore di astronomia al Caltech e co-autore dell’articolo.

“Stiamo iniziando a vedere la struttura e la composizione dell’Universo sotto una luce completamente nuova, grazie agli FRB. Questi brevi lampi ci permettono di tracciare la materia altrimenti invisibile che riempie i vasti spazi tra le galassie”.

Trovare i barioni mancanti non è solo un esercizio per costruire una rubrica o fare un censimento.

La loro distribuzione è la chiave per svelare profondi misteri su come si formano le galassie, su come la materia si aggrega nell’Universo e su come la luce viaggia attraverso miliardi di anni luce.

“I barioni vengono attratti nelle galassie dalla gravità, ma i buchi neri supermassicci e le stelle che esplodono possono farli esplodere, come un termostato cosmico che raffredda le cose se la temperatura diventa troppo alta”, ha detto Connor.

“I nostri risultati mostrano che questo feedback deve essere efficiente, espellendo il gas dalle galassie e nell’IGM”.

E questo è solo l’inizio per la cosmologia FRB. “Stiamo entrando in un’età dell’oro”, ha detto Ravi, che è anche co-PI del Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) del Caltech.

“I radiotelescopi di prossima generazione come il DSA-2000 e il Canadian Hydrogen Observatory and Radio-transient Detector rileveranno migliaia di FRB, permettendoci di mappare la rete cosmica con dettagli incredibili”.

Immagine: Melissa Weiss/CfA

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