Lampi Radio per Svelare il Nascondiglio della Massa Perduta

Lampi Radio per Svelare il Nascondiglio della Massa Perduta

Gli astronomi hanno realizzato un nuovo “censimento” della materia ordinaria presente nel cosmo esaminando il modo in cui i lampi radio veloci provenienti da altre galassie vengono diffusi da particelle sparse nel cosmo, durante il loro viaggio fino ai nostri telescopi. L’analisi ha dimostrato che circa metà della materia barionica dell’Universo, la cui ricerca si è rivelata improduttiva per decenni, si cela nel vasto spazio intergalattico. Lo studio è riportato su Nature.

La materia nell’Universo esiste sotto forma di materia ordinaria o barionica, quella che conosciamo e osserviamo, e materia oscura invisibile, presente in quantità molto superiori. Curiosamente gli scienziati, studiando galassie nell’Universo locale, hanno scoperto che la quantità di materia barionica osservata non coincide con quella prevista teoricamente: la Via Lattea ad esempio conterrebbe meno della metà della materia prevista dai modelli. Infatti la quantità di materia barionica osservata nell’Universo distante e quella nel vicino Universo non coincidono. Questa questione della materia mancante è un mistero da lungo tempo e gli scienziati hanno speso molte energie nella sua ricerca. “Sappiamo da misurazioni relative al Big Bang quanta materia vi fosse all’inizio dell’Universo”, spiega Jean-Pierre Macquart dell’International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), a guida dello studio. “Ma quando osserviamo l’Universo locale, non riusciamo a trovare metà della materia che dovrebbe esserci. È alquanto imbarazzante”.

“Lo spazio intergalattico è molto sparso”, continua Macquart. “La materia mancante è equivalente ad appena uno o due atomi in una stanza della dimensione di un ufficio di media grandezza. Pertanto è molto difficile rilevare questa materia utilizzando tecniche e telescopi tradizionali”. Si è a lungo pensato che tale materia fosse nascosta tra le galassie, lungo filamenti di gas che fluiscono tra gli ammassi di galassie nella vasta rete cosmica. “Ma non siamo stati in grado di rilevarla molto bene, perché è davvero estremamente diffusa e non è sufficientemente luminosa”, afferma Jason Hessels dell’University of Amsterdam. Parte della materia intergalattica è rilevabile dal modo in cui assorbe la luce di oggetti remoti molto brillanti, i quasar. Ma sembra che la sola maniera di fare l’inventario di tutti i barioni diffusi nello spazio sia di ricorrere ai misteriosi lampi radio veloci (fast radio bursts, FRB), brevissimi e potenti impulsi radio provenienti da altre galassie e generati forse da attività di buchi neri o magnetar. In questo modo i FRB diventano dei “rilevatori di barioni”.

“La radiazione proveniente dai FRB viene dispersa dai barioni mancanti per lo stesso processo per cui si possono vedere i colori della luce solare separati in un prisma”, spiega Macquart. “Ora siamo riusciti a misurare le distanze di un numero sufficiente di lampi radio veloci, così da poter determinare la densità dell’Universo”. L’astrofisico J. Xavier Prochaska dell’University of California, Santa Cruz e i suoi colleghi hanno esaminato cinque FRB emessi da altrettante galassie, tutti rilevati dal telescopio Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP). Per ogni FRB, i ricercatori hanno confrontato i tempi di arrivo delle onde radio di differenti frequenze per calcolare il numero di barioni che il lampo aveva incontrato durante il suo viaggio nello spazio intergalattico. Poi, utilizzando misurazioni della distanza tra la Via Lattea e la galassia sorgente del FRB, il team è riuscito a calcolare la densità dei barioni nello spazio intercorso, pari a circa un barione per metro cubo. La materia nella Via Lattea è circa un milione di volte più densa, ma, data la vastità dello spazio, quel materiale così rarefatto, preso tutto insieme, è abbastanza da render conto di tutta la materia mancante nel cosmo. In futuro, utilizzando un numero maggiore di lampi radio veloci, sarà forse possibile localizzare esattamente la materia dispersa nel cosmo, individuando le piccole variazioni nella densità dei barioni lungo la linea di vista tra la Via Lattea e altre galassie, e ricavando così una sorta di mappatura della rete cosmica che costituisce l’Universo.

Nell’immagine impressione artistica del radiotelescopio ASKAP che rileva fast radio burst
Credit: OzGrav, Swinburne University of Technology

Cosmic bursts unveil Universe’s missing matter