Gli astronomi hanno trovato l'indirizzo della materia “mancante” dell'universo
Questa concezione artistica raffigura un impulso luminoso di onde radio (l'FRB) nel suo viaggio attraverso la nebbia tra le galassie, nota come mezzo intergalattico. Le lunghezze d'onda lunghe, indicate in rosso, sono rallentate rispetto a quelle più corte e blu, permettendo agli astronomi di “pesare” la materia ordinaria altrimenti invisibile.
Un nuovo studio storico ha individuato la posizione della materia “mancante” nell'universo e ha rilevato il più lontano fast radio burst (FRB) mai registrato. Utilizzando gli FRB come guida, gli astronomi del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) e del Caltech hanno dimostrato che più di tre quarti della materia ordinaria dell'universo si è nascosta nel sottile gas tra le galassie, segnando un importante passo avanti nella comprensione di come la materia interagisce e si comporta nell'universo.
I ricercatori hanno utilizzato i nuovi dati per effettuare la prima misurazione dettagliata della distribuzione della materia ordinaria nella rete cosmica.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Nature Astronomy.
Da decenni gli scienziati sanno che almeno la metà della materia ordinaria, o barionica, dell'universo, composta principalmente da protoni, non è stata considerata. In precedenza, gli astronomi hanno usato tecniche come l'emissione di raggi X e l'osservazione ultravioletta 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 questa materia esiste come gas caldo e a bassa densità, era in gran parte invisibile alla maggior parte dei telescopi, lasciando agli scienziati la possibilità di stimare ma non di confermare la sua quantità o la sua posizione.
Ecco che entrano in gioco gli FRB, brevi e luminosi segnali radio provenienti da galassie lontane, che solo di recente gli scienziati hanno dimostrato essere in grado di misurare la materia barionica nell'universo, ma che finora non erano riusciti a individuare la sua posizione. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato 60 FRB, che vanno da circa 11,74 milioni di anni luce di distanza - FRB20200120E nella galassia M81 - a circa 9,1 miliardi di anni luce di distanza - FRB 20230521B, l'FRB più distante mai registrato. Ciò ha permesso di individuare la materia mancante nello spazio tra le galassie, o mezzo intergalattico (IGM).
Il “problema dei barioni mancanti”, vecchio di decenni, non ha mai riguardato l'esistenza o meno della materia”, ha dichiarato Liam Connor, astronomo del CfA e autore principale del nuovo studio. “È sempre stato: Dove si trova? Ora, grazie agli FRB, lo sappiamo: tre quarti di essa fluttuano tra le galassie nella rete cosmica”.
In altre parole, gli scienziati conoscono ora l'indirizzo di casa della materia “mancante”.
Misurando il rallentamento di ciascun segnale FRB durante il suo passaggio nello spazio, Connor e il suo team hanno seguito il gas lungo il suo percorso. “Gli FRB agiscono come torce cosmiche”, ha detto Connor, che è anche professore assistente di astronomia ad Harvard. “Brillano attraverso la nebbia del mezzo intergalattico e, misurando con precisione il rallentamento della luce, possiamo pesare quella nebbia, anche quando è troppo debole per essere vista”.
Un resoconto completo e una suddivisione dei barioni mancanti.
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 parte è nascosta nelle stelle o nel gas galattico freddo.
Questa distribuzione è in linea con le previsioni delle simulazioni cosmologiche avanzate, ma finora non era mai stata confermata direttamente.
"È un trionfo dell'astronomia moderna", ha dichiarato Vikram Ravi, professore assistente di astronomia al Caltech e coautore del lavoro. "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 rintracciare la materia altrimenti invisibile che riempie i vasti spazi tra le galassie".
Trovare i barioni mancanti non è solo un esercizio di costruzione di una rubrica o di censimento. La loro distribuzione contiene la chiave per svelare profondi misteri su come si formano le galassie, su come la materia si ammassa nell'universo e su come la luce viaggia attraverso miliardi di anni luce.
"I barioni sono trascinati nelle galassie dalla gravità, ma i buchi neri supermassicci e le stelle che esplodono possono riportarli fuori, come un termostato cosmico che raffredda le cose se la temperatura diventa troppo alta", ha detto Connor. "I nostri risultati dimostrano che questa retroazione deve essere efficiente, facendo uscire il gas dalle galassie e portandolo nell'IGM".
E questo è solo l'inizio per la cosmologia degli FRB. "Stiamo entrando in un'epoca d'oro", ha detto Ravi, che è anche co-PI del Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) del Caltech. "I radiotelescopi di nuova generazione come il DSA-2000 e il Canadian Hydrogen Observatory and Radio-transient Detector rileveranno migliaia di FRB, permettendoci di mappare la rete cosmica in modo incredibilmente dettagliato".