Per vent’anni i cosmologi non riuscivano a trovare metà degli atomi previsti dal Big Bang. Il telescopio XMM-Newton ha finalmente trovato questa materia mancante
Per comprendere l’importanza della scoperta, il problema non riguardava la materia oscura, come da titolo si può erroneamente subito pensare, ma la materia “ordinaria” (i barioni), ovvero i mattoni fondamentali di stelle, pianeti e gas. Secondo le stime dal Big Bang, questa materia dovrebbe rappresentare e circa il 5% della densità totale dell’Universo.
Sommando però la massa di tutte le galassie e di tutte le stelle osservabili, gli scienziati riuscivano a giustificare solo la metà di questa percentuale. Insomma, è una di quelle questioni di cui gli astronomi parlano con un mezzo sorriso: abbiamo sempre saputo che dovesse esserci, senza riuscire ancora a vederla. L’ipotesi principale fino ad ora, era che i barioni mancanti non fossero spariti, ma che invece si trovassero in uno stato difficile da rilevare: nubi di gas molto diffuse e calde nello spazio tra le galassie.
La tecnica della retroilluminazione
Per verificare questa teoria, è stato utilizzato il telescopio spaziale a raggi X XMM-Newton dell’ESA. Invece di cercare direttamente l’emissione del gas, hanno sfruttato un quasar molto distante, ovvero H 1821+643, come sorgente di retroilluminazione. È un po’ come puntare una torcia dietro un vetro appannato: non vedi la torcia, ma capisci che c’è vedendone la luce.
Mentre la luce del quasar viaggiava verso la Terra, ha attraversato il mezzo intergalattico. Gli astronomi hanno quindi analizzato lo spettro a raggi X cercando specifiche righe di assorbimento causate dall’ossigeno ionizzato.
La conferma del WHIM
Le osservazioni mettono finalmente a fuoco il WHIM, il gas ionizzato che si trova sparso negli spazi fra una galassia e l’altra. È una materia che spesso risulta sfuggente, perchè è troppo rarefatta per emettere luce visibile e si è fatta scoprire solo perché sporca lo spettro dei raggi X che la attraversano, intercettando la luce di sorgenti lontane. Il mistero dei barioni mancanti, insomma, si risolve qui: i calcoli teorici non sbagliavano, ci mancava semplicemente la tecnologia giusta per vedere ciò che non riuscivamo a trovare.
Una questione di densità
Tutto ruota attorno alla densità: parliamo di sei atomi per metro cubo. Sulla Terra lo chiameremmo “vuoto spinto”, ma nell’immensità del cosmo basta a far quadrare i conti. La firma spettrale dell’ossigeno conferma che la materia si concentra proprio lungo le strutture che tengono insieme l’Universo su larga scala, gli stessi filamenti che collegano gruppi e ammassi di galassie. Il Modello Standard ne esce quindi nuovamente rafforzato: non c’erano errori nella teoria del Big Bang, per fortuna. Ora che il mistero è risolto, la palla andrà all’osservatorio a raggi X Athena, che avrà il compito di trasformare questa prima conferma in una mappa tridimensionale completa dell’Universo.
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