Gli astronomi che utilizzano un potente quasar per studiare un enorme viticcio invisibile pieno di gas surriscaldato affermano di aver finalmente scoperto la materia rilevabile "mancante" dell'universo.

Le scoperte, pubblicato sulla rivista Natura , risolvere un mistero vecchio di decenni e potrebbe aiutare gli scienziati a sondare ulteriormente la struttura e l'evoluzione del cosmo.

Tutti gli atomi nelle stelle, le galassie e i pianeti esistenti costituiscono circa il 5% della densità di massa-energia del cosmo. La stragrande maggioranza, circa il 70 per cento, è costituito da energia oscura, un misterioso, forza repulsiva che sta facendo espandere l'universo sempre più velocemente. Il restante quarto o giù di lì è costituito da materia oscura, invisibile, roba intoccabile la cui presenza può essere avvertita solo dalla sua influenza gravitazionale su scale galattiche. La materia oscura collega ammassi di galassie con enormi viticci, formando una rete cosmica che funge da scheletro invisibile per l'universo.

Gli scienziati hanno stimato tali quote in gran parte utilizzando due metodi diversi, ha detto il coautore dello studio J. Michael Shull, un astrofisico dell'Università del Colorado, Masso. Molti anni fa, i ricercatori hanno calcolato approssimativamente quanta materia si sarebbe formata sulla scia del "big bang" che ha dato vita all'universo. Gli astronomi hanno anche studiato il fondo cosmico a microonde, la luce più antica dell'universo, che permea l'intero cielo - e ha trovato all'incirca le stesse proporzioni della materia normale, materia oscura ed energia oscura.

Quella piccola fetta di materia normale che possiamo rilevare direttamente, che gli scienziati chiamano materia barionica, è la quantità più conosciuta delle tre:emette luce (come il sole) o la riflette (come la luna), rendendolo visibile a noi o rilevabile dai telescopi. Eppure presenta anche il suo mistero, perché per decenni, gli scienziati non sono stati in grado di trovarlo tutto.

"Più di 20 anni fa le persone hanno notato che se si sommano tutta la luce delle stelle e tutta la massa nelle galassie che va con quella luce delle stelle, ottieni solo circa il 10 percento di quel 5 percento di materia ordinaria, " Shull ha detto. "Quindi c'era un problema di 'materia mancante' che risale a oltre 20 anni fa:dov'è il gas, dove sono i barioni, che non sono collassate in stelle e galassie?"

"Ecco perché ci siamo preoccupati, " ha aggiunto. "Va davvero al cuore delle previsioni chiave della cosmologia sul big bang".

I ricercatori hanno lentamente eliminato quel divario aggiungendo al censimento tutto il caldo, gas diffuso negli enormi aloni di galassie e ammassi di galassie ancora più grandi. Ma si chiedevano se ancora più materia mancante potesse essere effettivamente sospesa negli enormi filamenti di materia oscura che compongono la rete cosmica.

Ecco il problema con la ricerca della materia mancante:sarebbe fatta principalmente di idrogeno, l'elemento più semplice e di gran lunga il più abbondante nell'universo. Quando gli atomi di idrogeno sono ionizzati, possono diventare invisibili alle lunghezze d'onda ottiche, rendendoli molto difficili da rilevare.

Per fortuna, se una nuvola di idrogeno ionizzato si trova tra la Terra e una fonte di luce ultravioletta, che l'idrogeno assorbirà determinate lunghezze d'onda, lasciando un'impronta chimica distinta che gli astronomi possono rilevare una volta che raggiunge i loro telescopi. Shull e colleghi hanno ulteriormente ampliato il censimento trovando questo gas ionizzato.

Il problema è che quando il gas diventa sempre più caldo, diciamo, sopra un milione di gradi Kelvin, l'idrogeno ionizzato smette di lasciare un chiaro segnale nell'ultravioletto. Quindi per questo articolo i ricercatori hanno preso di mira anche ioni di ossigeno molto più rari, e ha cercato la loro impronta digitale nei raggi X, che sono lunghezze d'onda della luce di energia molto più elevata.

Gli scienziati hanno utilizzato il telescopio spaziale a raggi X XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea per studiare il quasar BL Lacertae 1ES 1553+113, un attivo, buco nero supermassiccio al centro di una galassia. I quasar divorano materia e brillano in molte lunghezze d'onda della luce, dalle onde radio ai raggi X. Questi fari celesti possono sostanzialmente retroilluminare il materiale che attraversa il percorso del raggio, proprio come un raggio di torcia illumina granelli di polvere invisibili nell'aria.

Studiando l'impronta chimica dell'ossigeno nei raggi X dalla luce del quasar, gli scienziati hanno trovato una grande quantità di gas intergalattico estremamente caldo, tanto da calcolare che questo gas potrebbe rappresentare fino al 40 percento della materia barionica nel cosmo, che potrebbe essere sufficiente a spiegare la materia mancante.

I ricercatori pensano che questi ioni potrebbero aver avuto origine nel cuore di stelle che sono diventate supernovae, e furono cacciati dalle loro galassie di casa da queste morti stellari esplosive. Potrebbero essere stati surriscaldati dagli urti. Gli atomi devono interagire tra loro per irradiare energia, e poiché i singoli atomi in questo gas sparso erano così distanti, incapaci di toccarsi, sono rimasti estremamente caldi.

Taotao Fang del Jiujiang Research Institute in Cina, che non è stato coinvolto nello studio, ha indicato alcune possibili spiegazioni alternative, compreso che il segnale del gas ionizzato potrebbe provenire dall'interno di una galassia piuttosto che dal gas intergalattico incorporato in un filamento di materia oscura.

Ancora, Fang ha scritto in un commento, i risultati "offrono uno sguardo allettante su dove si sono nascosti gli sfuggenti barioni mancanti".

Il prossimo passo, Shull ha detto, è ripetere queste osservazioni usando altri quasar, per vedere se la quota di materia barionica che hanno trovato regge in altre parti del cielo.

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