11 Mar 2020 Le Reti Universali della Natura
Articolo di Nicole Lengua
Nel plasmare l’Universo, la gravità costruisce una struttura a vasta scala simile a una ragnatela, costituita da invisibili filamenti di gas e materia oscura lunghi centinaia di milioni di anni luce. Per sondare le proprietà di questa immensa rete cosmica, gli scienziati si sono rivolti a osservazioni del telescopio Hubble e allo studio del comportamento di una delle creature più semplici della natura, un organismo ameboide unicellulare chiamato Physarum polycephalum, in grado di costruire reti complesse filamentose in cerca di cibo, individuando sempre il percorso migliore per connettere differenti posizioni. Come a dire, rivolgiamoci all’infinitamente piccolo per studiare l’infinitamente grande.
Si tratta di una somiglianza straordinaria tra le due reti, una costruita dall’evoluzione biologica e l’altra dalla forza primordiale della gravità. Le formazioni tubolari della rete cosmica, la struttura a vasta scala che pervade l’Universo, si comportano come superstrade per convogliare la materia verso i nodi più densi dell’intricata ragnatela universale, come gli ammassi di galassie. La materia oscura risulta la costituente fondamentale dei filamenti, nonchè degli aloni che circondano gli ammassi di galassie, addensamenti di materia alimentati dalla rete universale. Per gli astronomi è stato difficile individuare questi filamenti, dal momento che la materia oscura è invisibile e il gas spesso troppo debole per essere osservato. Tuttavia la struttura simile a una ragnatela dell’universo su vasta scala è stata rivelata da recenti campagne osservative. I filamenti formano i confini tra vasti vuoti nel cosmo. Ora un team di ricercatori si è rivolto a un microrganismo per costruire una mappa dei filamenti nell’Universo locale (entro 100 milioni di anni luce dalla Terra) e per scoprire il gas in questo ambiente.
Il team ha creato un algoritmo ispirato al comportamento del Physarum polycephalum, e lo ha testato in confronto a una simulazione a computer della crescita dei filamenti di materia oscura nel cosmo. In seguito ricercatori hanno applicato l’algoritmo a dati contenenti le posizioni di oltre 37.000 galassie, mappate dalla Sloan Digital Sky Survey. L’algoritmo ha prodotto una mappa tridimensionale della sottostante rete cosmica. Inoltre, il team ha analizzato la luce emessa da 350 quasar remoti catalogati nell’Hubble Spectroscopic Legacy Archive. Queste distanti fonti di radiazioni cosmiche sono i brillanti nuclei di galassie attive alimentati da buchi neri, la cui luce attraversa lo spazio e passa attraverso la rete cosmica in primo piano. Su quella luce remota rimangono impresse le impronte del gas idrogeno altrimenti invisibile, che il team ha analizzato in punti specifici lungo i filamenti. Tali posizioni sono lontane dalle galassie, permettendo al team di collegare il gas alla struttura su vasta scala del cosmo.
“È davvero affascinante il fatto che una delle forme di vita più semplici possa rivelare indizi sulla struttura a vasta scala dell’Universo”, afferma Joseph Burchett dell’University of California, a guida dello studio. “Tramite la simulazione ‘protista melmoso’ per scoprire la posizione dei filamenti della rete cosmica inclusi quelli molto distanti dalle galassie, abbiamo potuto utilizzare i dati di archivio del telescopio Hubble per rilevare e determinare la densità del gas freddo alle periferie estreme di questi invisibili filamenti”. La survey suggerisce che il gas intergalattico sia organizzato in filamenti e rivela quanto distante dalle galassie venga rilevato. Sorprendentemente, il team ha scoperto filamenti a oltre 10 milioni di anni luce di distanza dalle galassie.
Ma non è stata l’unica sorpresa. I ricercatori hanno anche scoperto che la firma ultravioletta del gas diventa più forte nelle regioni più dense dei filamenti, ma poi scompare. “Pensiamo che questa scoperta riveli informazioni sulle violente interazioni cui sono soggette le galassie negli addensamenti del mezzo intergalattico, quando il gas diventa troppo caldo per essere rilevato”, spiega Burchett. I ricercatori hanno utilizzato le simulazioni per cercare un modo di visualizzare la connessione teorizzata tra la struttura della rete cosmica e il gas freddo, rilevato da Hubble. In seguito il membro del team Oskar Elek si è rivolto al lavoro di Sage Jenson, che sviluppa visualizzazioni artistiche per mostrare la crescita di una rete simile a tentacoli creata dal protista melmoso per spostarsi da una sorgente di cibo a un’altra. La ricerca del team si è pertanto ispirata al modo in cui il microrganismo costruisce filamenti complessi al fine di catturare nuovo cibo e al modo in cui questa mappatura può essere applicata alla costruzione della rete cosmica da parte della gravità. Sulla base delle simulazioni, Elek ha creato un modello tridimensionale a computer per stimare la posizione della struttura filamentosa della rete cosmica. Lo studio relativo è stato pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
Nell’immagine una simulazione della struttura nota come rete cosmica
Image credit: Illustris Collaboration
https://www.spacetelescope.org/news/heic2003/
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