Da decenni ormai i cosmologi sono attanagliati da un problema di quantità: la materia ordinaria – quella di cui siamo fatti noi, le stelle e i pianeti per intenderci – dovrebbe essere molta di più di quella che osserviamo. I modelli teorici indicano con buona approssimazione che questo tipo di materia, formata dai cosiddetti barioni, dovrebbe comporre circa il 17 per cento della materia totale presente nell’universo, mentre la parte restante sarebbe composta dalla fantomatica materia oscura. Tuttavia queste stime superano di gran lunga la quantità di materia ordinaria osservata nelle galassie e dunque viene naturale chiedersi dove essa sia finita.
Per tentare di rispondere a questa domanda, un gruppo di ricercatori guidato dal Mit ha combinato i dati raccolti da due strumenti: il Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (Chime), un grande radiotelescopio situato in Canada, e il Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi), uno strumento che effettua misure della luce proveniente da oltre 30 milioni di galassie.
Il radio-telescopio Chime, in Canada. Crediti: Chime
Dal catalogo di Chime i membri della collaborazione hanno selezionato 2870 fast radio burst (Frb), brevissimi impulsi radio della durata di pochi millisecondi ma di intensità straordinaria. Ciascuno di essi non è un segnale monocromatico, ma un impulso che si distribuisce su un intervallo di lunghezze d’onda, dalle più energetiche alle meno energetiche: le componenti “blu”, quelle ad alta energia, risentono meno della materia che incontrano lungo il percorso e raggiungono quindi il rivelatore in anticipo, al contrario, quelle “rosse”, più deboli, accumulano un ritardo progressivo – un fenomeno che va sotto il nome di dispersione. Il risultato è che l’impulso, partito compatto, arriva a Terra dilatato nel tempo. Il motivo per cui i fast radio burst sono la scelta più azzeccata per questo tipo di misure è dovuto al fatto che il loro segnale, essendo così breve, parte con uno sfasamento iniziale piccolissimo e ciò permette di distinguere in maniera estremamente chiara l’allargamento causato dalla materia attraversata.
Misurando questo sfasamento tra le diverse lunghezze d’onda di ogni singolo lampo, il gruppo ha potuto risalire alla quantità complessiva di materia che il segnale ha attraversato prima di arrivare fino a noi. Il passo successivo è stato incrociare queste misure con le posizioni di oltre sei milioni di galassie fornite dalla survey Desi, in modo tale da verificare se esista una correlazione tra la materia mancante e le galassie.
Dall’analisi dai dati è emerso un andamento chiaro: la materia ordinaria mancante tende a concentrarsi in prossimità delle galassie e degli ammassi di galassie. Non però nel modo in cui ci si sarebbe aspettati. Contrariamente a quanto suggerito dalle simulazioni, infatti, la materia non si addensa attorno alle galassie in un alone compatto, ma si distribuisce su distanze molto più ampie, come una nube rarefatta dai contorni sfumati. Per avere un’idea delle dimensioni di queste nubi, basti pensare che una galassia medio-grande ha un diametro di circa centomila anni luce, mentre la materia mancante viene osservata fino a 4 milioni di anni luce di distanza.
Il risultato, pubblicato il mese scorso su Physical Review Letters, ha implicazioni dirette su come immaginiamo la vita delle galassie. Se il gas è stato spinto così lontano, i processi che lo hanno espulso — getti relativistici dei buchi neri supermassicci, esplosioni di supernova, venti stellari — devono essere considerevolmente più energetici di quanto i modelli attuali assumano. «L’attività all’interno delle galassie è più caotica di quanto pensassimo», conclude Haochen Wang, dottorando al Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del Mit e primo autore dello studio. Più che sistemi chiusi, le galassie si comporterebbero dunque come fontane, capaci di riversare materia nello spazio circostante su scale enormi.
Il team di ricercatori sostiene che i fast radio burst possano essere un metodo efficace e affidabile per rilevare la presenza di materia mancante e che, con l’aumentare delle osservazioni, i risultati possano solo migliorare.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Measurement of the Dispersion-Galaxy Cross-Power Spectrum with the Second CHIME/FRB Catalog“, di Haochen Wang, Kiyoshi Masui, Shion Andrew, Mohit Bhardwaj, Emmanuel Fonseca, B. M. Gaensler, R. C. Joseph, Victoria M. Kaspi, Bikash Kharel et al.