Una ragnatela che attraversa infiniti spazi intergalattici, una fitta foresta cosmica illuminata da luci lontanissime e un enorme enigma da risolvere. Sono questi i pittoreschi ingredienti di una ricerca scientifica - condotta da un team internazionale composto da ricercatori della International School for Adavnced Studies (SISSA) e del Centro Internazionale di Fisica Teorica Abdus Salam (ICTP) di Trieste, l'Istituto di Astronomia di Cambridge e l'Università di Washington - che aggiunge un elemento importante per comprendere una delle componenti fondamentali del nostro Universo:la materia oscura.
Per studiarne le proprietà, gli scienziati hanno analizzato l'interazione della "rete cosmica" - una rete di filamenti composta da gas e materia oscura presente in tutto l'Universo - con la luce proveniente da quasar e galassie molto distanti. I fotoni che interagiscono con l'idrogeno dei filamenti cosmici creano molte righe di assorbimento definite "foresta Lyman-alfa". Questa interazione microscopica riesce a rivelare diverse importanti proprietà della materia oscura a distanze cosmologiche. I risultati supportano ulteriormente la teoria della materia oscura fredda, che è composto da particelle che si muovono molto lentamente. Inoltre, per la prima volta, evidenziano l'incompatibilità con un altro modello, cioè la Materia Oscura Fuzzy, per cui le particelle di materia oscura hanno velocità maggiori.
La ricerca è stata condotta attraverso simulazioni eseguite su supercomputer paralleli internazionali ed è stata recentemente pubblicata in Lettere di revisione fisica .
Pur costituendo una parte importante del nostro cosmo, la materia oscura non è direttamente osservabile, non emette radiazioni elettromagnetiche ed è visibile solo per effetti gravitazionali. Oltretutto, la sua natura rimane un mistero profondo. Le teorie che cercano di esplorare questo aspetto sono varie. In questa ricerca, gli scienziati ne hanno studiato due:la cosiddetta Cold Dark Matter, considerato un paradigma della moderna cosmologia, e un modello alternativo chiamato Fuzzy Dark Matter (FDM), in cui la materia oscura si ritiene composta da bosoni ultraleggeri dotati di una pressione non trascurabile su piccola scala. Per svolgere le loro indagini, gli scienziati hanno esaminato la rete cosmica analizzando la cosiddetta foresta Lyman-alpha. La foresta Lyman-alpha è costituita da una serie di righe di assorbimento prodotte dalla luce proveniente da sorgenti molto lontane ed estremamente luminose, che attraversa lo spazio intergalattico lungo il suo percorso verso i telescopi terrestri. L'interazione atomica dei fotoni con l'idrogeno presente nei filamenti cosmici viene utilizzata per studiare le proprietà del cosmo e della materia oscura a enormi distanze.
Attraverso simulazioni effettuate con supercomputer, i ricercatori hanno riprodotto l'interazione della luce con la rete cosmica. Così sono stati in grado di dedurre alcune delle caratteristiche delle particelle che compongono la materia oscura. Più in particolare, prove hanno mostrato per la prima volta che la massa delle particelle, che presumibilmente compongono la materia oscura secondo il modello FDM, non è coerente con la foresta Lyman-alpha osservata dal telescopio Keck (Hawaii, USA) e il Very Large Telescope (European Southern Observatory, Chile). Fondamentalmente, lo studio sembra non confermare la teoria della Fuzzy Dark Matter. I dati, Invece, supportare lo scenario previsto dal modello della Cold Dark Matter.
I risultati ottenuti - affermano gli scienziati - sono importanti in quanto consentono di costruire nuovi modelli teorici per descrivere la materia oscura e nuove ipotesi sulle caratteristiche del cosmo. Inoltre, questi risultati possono fornire utili indicazioni per la realizzazione di esperimenti in laboratorio e possono guidare gli sforzi osservativi volti a fare progressi su questo affascinante tema scientifico.
