Una nuova tecnica per trovare flussi di gas freddo che potrebbero costituire la materia (normale) mancante nell'universo
Dov'è tutta la materia mancante? Questa domanda ha afflitto gli astronomi per decenni, perché l'Universo sembra più vuoto di quanto dovrebbe, date le teorie attuali sulla sua composizione. La maggior parte dell'Universo (70%) sembra essere composta da Energia oscura , la forza misteriosa che sta facendo aumentare il tasso di espansione dell'Universo. Un altro 25% dell'Universo è Materia oscura , una sostanza sconosciuta che non può essere vista, ma è stata teorizzata per spiegare le forze gravitazionali altrimenti inesplicabili che governano la formazione delle galassie. che lascia Materia barionica - tutte le normali 'cose' come te, me, gli alberi, i pianeti e le stelle - per costituire solo il 5% dell'Universo. Ma quando gli astronomi guardano il cielo, non sembra nemmeno esserci abbastanza materia normale per costituire il 5%. Alcuni dei problemi normali sono mancante !
Dov'è? Probabilmente è là fuori, ma potrebbe essere difficile da vedere, forse assumendo la forma di nuvole di gas che non producono abbastanza luce per essere facilmente visibili. Allora come si cerca la materia quasi invisibile? La scoperta di Burst radio veloci (FRB) nel 2007 ha fornito una risposta. Un team di ricercatori guidati da J.-P. Macquart e J.X. Prochaska hanno teorizzato che se conoscessi la distanza dal punto di origine di un FRB, saresti in grado di misurare quanta materia è passata attraverso il lampo radio sulla strada per la Terra. Questo perché le onde radio rallentano mentre attraversano la materia barionica e le lunghezze d'onda più lunghe rallentano più di quelle corte. Quindi, se ci fosse materia barionica tra la sorgente dell'FRB e il telescopio sulla Terra, le lunghezze d'onda più corte arriverebbero prima e quelle più lunghe arriverebbero dopo .
Rappresentazione artistica di un lampo radio veloce rilevato dal radiotelescopio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). Credito: ESO/M. Kornmesser.
La verifica di questa teoria avrebbe dovuto attendere più di un decennio, prima che fosse sviluppato un telescopio in grado di determinare il punto di origine di un FRB. Questo era il Pathfinder di array di chilometri quadrati australiani (ASKAP) , che ha trovato la sua prima fonte FRB nel 2017. Nel 2020, Macquart, Prochaska e il loro team sono stati in grado di utilizzare i dati ASKAP per Confermare che in effetti gli FRB stavano attraversando una materia normale mai vista prima: la materia mancante è stata trovata!
Questa non è la fine della storia, tuttavia. Rimanevano molte domande: in cosa consiste questa faccenda? Che forma prende? Come influenza l'evoluzione delle galassie? All'inizio del 2021, la studentessa di dottorato Yuanming Wang e un team di ricercatori tra cui il suo supervisore, Tara Murphy, hanno pubblicato un carta approfondire alcune di queste domande. Hanno usato un metodo leggermente diverso per trovare la materia barionica mancante: il team ha osservato il 'scintillio' di galassie con quasar luminosi al centro. Proprio come le stelle brillano perché la loro luce è disturbata mentre attraversa l'atmosfera terrestre, queste galassie sembrano brillare quando la loro luce passa attraverso il gas che costituisce la materia barionica mancante.
ASKAP è in grado di osservare migliaia di galassie contemporaneamente e, osservando quali galassie scintillavano e quali no, Wang e il team sono stati in grado non solo di vedere la materia mancante, ma anche di ottenere una stima approssimativa della sua forma! Sembra essere una nuvola di gas con una forma lunga e sottile, distesa in linea retta su vaste distanze.
Flussi di gas freddo, forse allungati da una stella di passaggio. Credito: Mark Myers, OzGrav/Swinburne University.
Nubi di gas lunghe e strette come questa possono formarsi quando un buco nero rimuove il gas da una stella che si avventura troppo vicino. Ma in assenza di un buco nero, Wang suggerisce che a 'nuvola di neve' fredda fatta di idrogeno potrebbe essere stato trascinato in questa forma sottile e sottile da una stella di passaggio.
Il prossimo passo è ampliare l'ambito dello studio, nella speranza di vedere più di queste nuvole, le loro forme e come si inseriscono nella formazione della Via Lattea. È un momento emozionante per essere fatti di materia barionica: stiamo appena iniziando a essere in grado di vedere il resto della 'roba' come noi.
Riferimenti:
- Renyue Cen e Jeremiah P. Ostriker. 'Dove sono i barioni?' Il Giornale Astrofisico(1999)5141.
- Macquart, JP., Prochaska, J.X., McQuinn, M.et al. 'Un censimento dei barioni nell'Universo da lampi radio veloci localizzati'. Natura 581,391–395 (2020).
- Yuanming Wang, Artem Tuntsov, Tara Murphy,et al. 'Le osservazioni ASKAP di più scintillatori rapidi rivelano un filamento di plasma lungo gradi'. Avvisi mensili della Royal Astronomical Society, (2021) stab139.
- Yuanming Wang e Tara Murphy, 'Cinque galassie scintillanti ci aiutano a scoprire il mistero della materia mancante della Via Lattea'. La conversazione.
- J.-P. Macquart e J.X. Prochaska, 'Mancava metà della materia nell'universo: l'abbiamo trovata nascosta nel cosmo'. La conversazione.