Negli anni '60, gli astronomi iniziarono a notare che l'Universo sembrava mancare di massa. Tra continue osservazioni del cosmo e il Teoria della Relatività Generale , hanno determinato che gran parte della massa nell'Universo doveva essere invisibile. Ma anche dopo l'inclusione di questa 'materia oscura', gli astronomi potevano ancora rappresentare solo circa i due terzi di tutta la materia visibile (alias barionica).
Ciò ha dato origine a quello che gli astrofisici hanno soprannominato il 'problema del barione mancante'. Ma alla fine, gli scienziati hanno scoperto quella che potrebbe benissimo essere l'ultima materia normale mancante nell'Universo. Secondo a studi recenti da un team di scienziati internazionali, questa materia mancante è costituita da filamenti di gas ossigeno altamente ionizzato che si trova nello spazio tra le galassie.
Lo studio, intitolato “ Osservazioni dei barioni mancanti nel mezzo intergalattico caldo-caldo “, recentemente apparso sulla rivista scientificaNatura.Lo studio è stato condotto da Fabrizio Nicastro, ricercatore del Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a Roma, e comprendeva membri della SRON Istituto olandese per la ricerca spaziale , il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA), il Istituto di Astronomia Università Nazionale Autonoma del Messico , il Istituto Nazionale di Astrofisica, Ottica ed Elettronica , il Istituto di Astrofisica di La Plata (IALP-UNLP) e più università.
Rappresentazione artistica di ULAS J1120+0641, un quasar molto distante alimentato da un buco nero con una massa due miliardi di volte quella del Sole. Credito: ESO/M. Kornmesser
Per il loro studio, il team ha consultato i dati di una serie di strumenti per esaminare lo spazio vicino a un quasar chiamato 1ES 1553. I quasar sono galassie estremamente massicce con Nuclei Galattici Attivi (AGN) che emettono enormi quantità di energia. Questa energia è il risultato dell'accumulo di gas e polvere su buchi neri supermassicci (SMBH) al centro delle loro galassie, il che fa sì che i buchi neri emettano radiazioni e getti di particelle surriscaldate.
In passato, i ricercatori credevano che della normale materia nell'Universo, circa il 10% fosse legato alle galassie mentre il 60% esistesse in diffuse nubi di gas che riempiono i vasti spazi tra le galassie. Tuttavia, questo lasciava ancora disperso il 30% della materia normale. Questo studio, che è stato il culmine di una ricerca durata 20 anni, ha cercato di determinare se gli ultimi barioni potessero essere trovati anche nello spazio intergalattico.
Questa teoria è stata suggerita da Charles Danforth, ricercatore associato presso CU Boulder e coautore di questo studio, in un articolo del 2012 apparso suIl Giornale Astrofisico –intitolato “ Il censimento dei barioni in un mezzo intergalattico multifase: il 30% dei barioni potrebbe ancora mancare “. In esso, Danforth ha suggerito che i barioni mancanti potrebbero essere trovati nel mezzo intergalattico caldo-caldo (WHIM), un modello simile a una rete nello spazio che esiste tra le galassie.
Come ha indicato Michael Shull, professore di scienze astrofisiche e planetarie presso l'Università del Colorado Boulder e uno dei coautori dello studio, questo terreno selvaggio sembrava il luogo perfetto in cui guardare. 'È qui che la natura è diventata molto perversa. ,' lui disse . 'Questo mezzo intergalattico contiene filamenti di gas a temperature da poche migliaia di gradi a pochi milioni di gradi'.
Primo piano della stella vicino a un buco nero supermassiccio (impressione dell'artista). Crediti: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser
Per testare questa teoria, il team ha utilizzato i dati del Cosmic Origins Spectrograph (COS) sul Telescopio Spaziale Hubble per esaminare il WHIM vicino al quasar 1ES 1553. Hanno quindi utilizzato l'Agenzia spaziale europea (ESA) Missione multispecchio a raggi X (XMM-Newton) per cercare più da vicino i segni dei barioni, che apparivano sotto forma di getti altamente ionizzati di gas ossigeno riscaldati a temperature di circa 1 milione di °C (1,8 milioni di °F).
Innanzitutto, i ricercatori hanno utilizzato il COS sul telescopio spaziale Hubble per avere un'idea di dove potrebbero trovare i barioni mancanti nel WHIM. Successivamente, hanno puntato su quei barioni usando il satellite XMM-Newton. Alle densità registrate, il team ha concluso che, se estrapolato all'intero Universo, questo gas di ossigeno superionizzato potrebbe rappresentare l'ultimo 30% della materia ordinaria.
Come indicato dal Prof. Shull, questi risultati non solo risolvono il mistero dei barioni mancanti, ma potrebbero anche far luce su come è iniziato l'Universo. 'Questo è uno dei pilastri chiave per testare la teoria del Big Bang: calcolare il censimento barionico di idrogeno ed elio e tutto il resto nella tavola periodica', ha disse .
Guardando al futuro, Shull ha indicato che i ricercatori sperano di confermare i loro risultati studiando quasar più luminosi. Shull e Danforth esploreranno anche come il gas ossigeno sia arrivato in queste regioni dello spazio intergalattico, sebbene sospettino che sia stato soffiato lì nel corso di miliardi di anni da galassie e quasar. Nel frattempo, però, come la “materia scomparsa” sia entrata a far parte dei WHIM rimane una questione aperta. come Danforth chiesto :
“Come arriva dalle stelle e dalle galassie fin qui nello spazio intergalattico?. C'è una sorta di ecologia in corso tra le due regioni, e i dettagli di ciò sono poco conosciuti'.
Supponendo che questi risultati siano corretti, gli scienziati possono ora andare avanti con modelli di cosmologia in cui viene considerata tutta la 'materia normale' necessaria, il che ci avvicinerà di un passo alla comprensione di come si è formato e si è evoluto l'Universo. Ora, se solo potessimo trovare quella sfuggente materia oscura ed energia oscura, avremmo un quadro completo dell'Universo! Ah beh, un mistero alla volta...