IL VALORE È CONCORDE CON LE TECNICHE NON BASATE SUGLI AMMASSI

Dagli ammassi di galassie alla massa dell’universo

Dall'Università della California, Riverside, arriva una nuova misura della quantità di materia presente nell’universo: 31.5 ± 1.3 per cento della sua massa-energia totale. La misura è stata effettuata confrontando il numero e la massa di ammassi di galassie con le previsioni di simulazioni numeriche, con uno strumento cosmologico appositamente sviluppato, GalWeight. Tutti i dettagli su ApJ

     30/09/2020
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Il team ha stabilito che la materia costituisce circa il 31 per cento della quantità totale di materia ed energia nell’universo. I cosmologi ritengono che circa il 20 per cento della materia totale sia costituita da materia barionica – che include stelle, galassie, atomi e vita – mentre circa l’80 per cento è costituito da materia oscura, la cui misteriosa natura non è ancora nota. Crediti: Mohamed Abdullah, UC Riverside

Uno degli obiettivi principali della cosmologia è misurare con precisione la quantità totale di materia presente nell’universo: un esercizio scoraggiante, anche per i più esperti. Un team guidato da scienziati dell’Università della California, Riverside (Ucr), ha fatto proprio questo. In un articolo pubblicato su Astrophysical Journal, il team ha riportato che la materia costituisce il 31 per cento della quantità totale di materia ed energia nell’universo, e il resto è costituito da energia oscura.

«Per contestualizzare quella quantità di materia, se tutta la materia nell’universo fosse distribuita uniformemente nello spazio, corrisponderebbe a una densità di massa media pari a soli sei atomi di idrogeno per metro cubo», specifica il primo autore Mohamed Abdullah, del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Ucr. «Tuttavia, poiché sappiamo che l’80 per cento della materia è in realtà materia oscura, in realtà la maggior parte di questa materia non è costituita da atomi di idrogeno, ma piuttosto da un tipo di materia che i cosmologi non comprendono ancora».

Abdullah ha spiegato che una tecnica ben collaudata per determinare la quantità totale di materia nell’universo, è quella di confrontare il numero e la massa di ammassi di galassie per unità di volume con le previsioni di simulazioni numeriche. Poiché gli attuali ammassi di galassie si sono formati da materia che è collassata per miliardi di anni sotto la sua stessa gravità, il numero di ammassi osservati al momento è molto sensibile alle condizioni cosmologiche e, in particolare, alla quantità totale di materia. «Una percentuale più alta di materia si tradurrebbe in più ammassi», spiega Abdullah. «La sfida Goldilocks (n.d.r. non troppo facile e non troppo difficile, dalla fiaba di Riccioli d’oro e i tre Orsi) per il nostro team era misurare il numero di ammassi e quindi determinare quale fosse la risposta corretta». Ma è difficile misurare con precisione la massa di un ammasso di galassie perché la maggior parte della materia è scura, quindi non possiamo vederla con i telescopi».

Per superare questa difficoltà, il team di astronomi guidato dall’Ucr ha prima sviluppato GalWeight, uno strumento cosmologico per misurare la massa di un ammasso di galassie utilizzando le orbite delle galassie che lo compongono. I ricercatori hanno quindi applicato il loro strumento alle osservazioni della Sloan Digital Sky Survey (Sdss) per creare quello che hanno chiamato GalWCat19, un catalogo di ammassi di galassie disponibile al pubblico. Infine, hanno confrontato il numero di ammassi nel loro nuovo catalogo con le simulazioni, per determinare la quantità totale di materia nell’universo.

Il team ha confrontato il numero di ammassi di galassie misurato con le previsioni di simulazioni numeriche per determinare la massa totale dell’universo. Crediti: Mohamed Abdullah, Uc Riverside.

«Siamo riusciti a fare una delle misurazioni più precise mai effettuate utilizzando la tecnica degli ammassi di galassie», riferisce il coautore Gillian Wilson, professore di fisica e astronomia presso Ucr. «Inoltre, questo è il primo utilizzo della tecnica dell’orbita galattica che ha ottenuto un valore in accordo con quelli ottenuti dai team che hanno utilizzato tecniche non basate sugli ammassi, come le anisotropie del fondo cosmico a microonde, le oscillazioni acustiche barioniche, le supernove di tipo Ia o le lenti gravitazionali».

«Un enorme vantaggio dell’utilizzo della nostra tecnica GalWeight è che il nostro team è stato in grado di determinare individualmente una massa per ogni ammasso, piuttosto che fare affidamento su metodi statistici più indiretti», conclude il terzo coautore Anatoly Klypin, esperto di simulazioni numeriche e cosmologia.

Combinando le loro misurazioni con quelle degli altri team che hanno utilizzato tecniche diverse, il team guidato da Ucr è stato in grado di determinare il miglior valore combinato, concludendo che la materia costituisce il 31.5 ± 1.3 per cento della quantità totale di materia ed energia nell’universo.

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