Gli astronomi hanno trascorso decenni alla ricerca di qualcosa che sembra difficile da perdere:circa un terzo della materia "normale" nell'Universo. I nuovi risultati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA potrebbero averli aiutati a localizzare questa sfuggente distesa di materia mancante.

Da indipendente, osservazioni consolidate, gli scienziati hanno calcolato con sicurezza quanta materia normale, ovvero idrogeno, l'elio e altri elementi esistevano subito dopo il Big Bang. Nel tempo tra i primi minuti e il primo miliardo di anni circa, gran parte della materia normale si è fatta strada nella polvere cosmica, gas e oggetti come stelle e pianeti che i telescopi possono vedere nell'Universo attuale.

Il problema è che quando gli astronomi sommano la massa di tutta la materia normale nell'Universo attuale, circa un terzo di essa non può essere trovata. (Questa materia mancante è distinta dalla materia oscura ancora misteriosa.)

Un'idea è che la massa mancante si raccolga in giganteschi filamenti o filamenti di calore (temperatura inferiore a 100, 000 Kelvin) e caldo (temperatura maggiore di 100, 000 Kelvin) gas nello spazio intergalattico. Questi filamenti sono conosciuti dagli astronomi come il "mezzo intergalattico caldo-caldo" o WHIM. Sono invisibili ai telescopi ottici, ma parte del gas caldo nei filamenti è stato rilevato alla luce ultravioletta.

Utilizzando una nuova tecnica, i ricercatori hanno trovato nuove e forti prove per la componente calda del WHIM sulla base dei dati di Chandra e di altri telescopi.

"Se troviamo questa massa mancante, possiamo risolvere uno dei più grandi enigmi dell'astrofisica, " ha affermato Orsolya Kovacs del Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian (CfA) di Cambridge, Massachusetts. "Dove l'universo ha nascosto così tanto della sua materia che costituisce cose come le stelle, i pianeti e noi?"

Gli astronomi hanno usato Chandra per cercare e studiare i filamenti di gas caldo che si trovano lungo il percorso verso un quasar, una fonte luminosa di raggi X alimentata da un buco nero supermassiccio in rapida crescita. Questo quasar si trova a circa 3,5 miliardi di anni luce dalla Terra. Se il componente del gas caldo del WHIM è associato a questi filamenti, alcuni dei raggi X del quasar sarebbero assorbiti da quel gas caldo. Perciò, hanno cercato una traccia di gas caldo impressa nella luce dei raggi X del quasar rilevata da Chandra.

Una delle sfide di questo metodo è che il segnale di assorbimento da parte del WHIM è debole rispetto alla quantità totale di raggi X provenienti dal quasar. Quando si ricerca l'intero spettro dei raggi X a diverse lunghezze d'onda, è difficile distinguere caratteristiche di assorbimento così deboli - segnali reali del WHIM - da fluttuazioni casuali.

Kovacs e il suo team hanno superato questo problema concentrando la loro ricerca solo su alcune parti dello spettro luminoso dei raggi X, riducendo la probabilità di falsi positivi. Lo hanno fatto identificando prima le galassie vicino alla linea di vista del quasar che si trovano alla stessa distanza dalla Terra delle regioni di gas caldo rilevate dai dati ultravioletti. Con questa tecnica hanno individuato 17 possibili filamenti tra il quasar e noi, e ottenuto le loro distanze.

A causa dell'espansione dell'universo, che distende la luce mentre viaggia, qualsiasi assorbimento di raggi X da parte della materia in questi filamenti sarà spostato a lunghezze d'onda più rosse. Gli importi degli spostamenti dipendono dalle distanze note dal filamento, quindi il team sapeva dove cercare nello spettro l'assorbimento dal WHIM.

"La nostra tecnica è simile in linea di principio a come si potrebbe condurre una ricerca efficiente di animali nelle vaste pianure dell'Africa, " disse Akos Bogdan, un coautore anche da CfA. "Sappiamo che gli animali hanno bisogno di bere, quindi ha senso cercare prima nelle pozze d'acqua."

Mentre restringere la loro ricerca ha aiutato, i ricercatori hanno dovuto anche superare il problema della debolezza dell'assorbimento dei raggi X. Così, hanno potenziato il segnale sommando gli spettri di 17 filamenti, trasformando un'osservazione di 5,5 giorni nell'equivalente di quasi 100 giorni di dati. Con questa tecnica hanno rilevato ossigeno con caratteristiche che suggeriscono che si trovasse in un gas con una temperatura di circa un milione di gradi Kelvin.

Estrapolando da queste osservazioni dell'ossigeno all'insieme completo degli elementi, e dalla regione osservata all'universo locale, i ricercatori riferiscono di poter spiegare l'intera quantità di materia mancante. Almeno in questo caso particolare, la materia mancante si era nascosta nel capriccio, dopotutto.

"Siamo stati entusiasti di essere stati in grado di rintracciare parte di questa materia mancante", ha affermato il co-autore Randall Smith, anche di CfA. "In futuro possiamo applicare lo stesso metodo ad altri dati quasar per confermare che questo mistero di lunga data è stato finalmente svelato".

Un documento che descrive questi risultati è stato pubblicato nel Giornale Astrofisico il 13 febbraio 2019.