Quanto è oscura la rete cosmica?

L'universo è permeato da una vasta rete invisibile, i cui viticci si intrecciano nello spazio. Ma nonostante l'organizzazione della materia che vediamo nello spazio, questa rete oscura è invisibile. Questo perché è costituito da materia oscura, che esercita un'attrazione gravitazionale ma non emette luce. 

Cioè, il web era invisibile fino ad ora. Per la prima volta, i ricercatori hanno illuminato alcuni degli angoli più bui dell'universo. 

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Tessendo il web

Molto tempo fa, l'universo era più caldo, più piccolo e più denso di quanto non sia ora. Era anche, in media, molto più noioso. Non c'era molta variazione nella densità da un luogo all'altro. Certo, lo spazio era molto più angusto nel complesso, ma nell'universo giovane, non importa dove andassi, le cose erano più o meno le stesse.

Ma c'erano minuscole differenze casuali di densità. Quelle pepite avevano un'attrazione leggermente più gravitazionale rispetto al loro vicinato circostante, e quindi la materia tendeva a fluire in esse. Diventando più grandi in questo modo, svilupparono un'influenza gravitazionale ancora più forte, attirando più materia, facendoli diventare più grandi, e così via per miliardi di anni. Allo stesso tempo, man mano che le pepite crescevano, gli spazi tra di loro si svuotavano.

Nel corso del tempo cosmico, i ricchi sono diventati più ricchi ei poveri sono diventati più poveri.

Alla fine, le macchie dense crebbero fino a diventare le prime stelle, galassie e ammassi, mentre gli spazi tra di loro divennero i grandi vuoti cosmici.

Ora, a 13,8 miliardi di anni dall'inizio di questo imponente progetto di costruzione, il lavoro non è ancora finito. La materia scorre ancora fuori dai vuoti, unendosi a gruppi di galassie che stanno fluendo in ammassi densi e ricchi. Quello che abbiamo oggi è una vasta e complessa rete di filamenti di materia: la rete cosmica.

Una luce nell'oscurità

La stragrande maggioranza della materia nel nostro universo è oscura; non interagisce con la luce o con nessuna delle materie "normali" che vediamo come stelle e nuvole di gas e altre cose interessanti. Di conseguenza, gran parte della rete cosmica è completamente invisibile per noi. Fortunatamente, dove la materia oscura si accumula, trascina anche un po 'di materia regolare per unirsi al divertimento.

Nelle sacche più dense del nostro universo, dove i sussurri gravitazionali della materia oscura hanno influenzato abbastanza materia regolare da fondersi, vediamo la luce: la materia regolare si è convertita in stelle.

Come un faro su una lontana spiaggia nera, le stelle e le galassie ci dicono dove si annida la materia oscura nascosta, dandoci un profilo spettrale della vera struttura della rete cosmica.

Con questa vista parziale, possiamo facilmente vedere i cluster. Spuntano come città giganti viste da un volo con gli occhi rossi. Sappiamo per certo che c'è un'enorme quantità di materia oscura in quelle strutture, dal momento che è necessaria molta forza gravitazionale per mettere insieme così tante galassie.

E all'estremità opposta dello spettro, possiamo facilmente individuare i vuoti; sono i luoghi dove non c'è niente di importante. Poiché non ci sono galassie per illuminare questi spazi, sappiamo che sono, in generale, veramente vuoti.

Ma la grandiosità della rete cosmica sta nelle linee delicate dei filamenti stessi. Estendendosi per milioni di anni luce, questi sottili viticci di galassie si comportano come grandi autostrade cosmiche che attraversano vuoti neri, collegando luminosi ammassi urbani.

Attraverso una lente fioca

Quei filamenti nella rete cosmica sono la parte più difficile da studiare della rete. Hanno alcune galassie ma non molte. E hanno tutti i tipi di lunghezze e orientamenti; in confronto, i grappoli e i vuoti sono un gioco da ragazzi geometrico. Quindi, anche se sappiamo dell'esistenza dei filamenti, attraverso simulazioni al computer, per decenni, in realtà abbiamo avuto difficoltà a vederli.

Di recente, tuttavia, un team di astronomi ha compiuto un importante passo avanti nella mappatura della nostra rete cosmica, pubblicando i risultati il ​​29 gennaio nel database arXiv. Ecco come sono andati al lavoro:

In primo luogo, hanno preso un catalogo delle cosiddette galassie rosse luminose (LRG) dal sondaggio Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Gli LRG sono enormi bestie di galassie e tendono a stare al centro di densi blocchi di materia oscura. E se gli LRG si trovano nelle regioni più dense, le linee che li collegano dovrebbero essere costituite dai filamenti più delicati.

Ma fissare lo spazio tra due LRG non sarà produttivo; non ci sono molte cose lì. Quindi, il team ha preso migliaia di paia di LRG, li ha riallineati e li ha impilati uno sopra l'altro per creare un'immagine composita.

Usando questa immagine sovrapposta, gli scienziati hanno contato tutte le galassie che potevano vedere, sommando il loro contributo totale di luce. Ciò ha permesso ai ricercatori di misurare quanta materia normale costituiva i filamenti tra gli LRG. Successivamente, i ricercatori hanno esaminato le galassie dietro i filamenti e, in particolare, le loro forme.

Mentre la luce proveniente da quelle galassie di fondo penetrava nei filamenti intermedi, la gravità della materia oscura in quei filamenti spingeva delicatamente la luce, spostando leggermente le immagini di quelle galassie. Misurando la quantità di spostamento (chiamato "shear" dagli scienziati), il team è stato in grado di stimare la quantità di materia oscura nei filamenti.

Quella misura si allineava con le previsioni teoriche (un altro punto per l'esistenza della materia oscura). Gli scienziati hanno anche confermato che i filamenti non erano completamente scuri. Per ogni 351 soli di massa nei filamenti, c'era 1 valore di soli di emissione luminosa. 

È una mappa rudimentale dei filamenti, ma è la prima e mostra sicuramente che mentre la nostra rete cosmica è per lo più oscura, non è completamente nera. 

Paul M. Sutter è un astrofisico al SUNY Stony Brook e al Flatiron Institute, conduttore di Ask a Spaceman e Space Radio e autore di Your Place in the Universe.

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