Nuova stagione di "Ritrovata la materia mancante dell'universo"

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Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 23/06/2025

Questa rappresentazione artistica (non in scala) illustra il percorso di un lampo radio veloce dalla lontana galassia in cui ha avuto origine fino alla Terra. [Immagine: ESO/M. Kornmesser]

La materia mancante dell'universo

Il tema della "materia mancante dell'Universo" è un vecchio e alquanto imbarazzante argomento per i fisici e le loro teorie. E le soluzioni sono rimaste controverse nel tempo.

Innanzitutto il problema: secondo il modello cosmologico standard, il 70% dell'Universo è costituito da energia oscura (che non sappiamo cosa sia), il 25% è materia oscura (che non abbiamo mai trovato) e il 5% è materia ordinaria, composta da atomi della tavola periodica. Il problema è che, finora, gli astronomi sono stati in grado di rilevare solo il 50% di questo 5% di cosiddetta materia barionica, il che ha portato alla coniazione del termine "materia mancante dell'Universo" – è proprio questa lista di "incognite" a essere imbarazzante.

Alcune parti della materia mancante sono state identificate da anni, ma nel 2016 è emersa una proposta davvero interessante, grazie alla scoperta dei lampi radio veloci (RRB).

La causa di questi lampi è ancora un mistero, ma gli astrofisici hanno capito che i lampi radio veloci possono essere utilizzati per pesare l'universo e quindi localizzare frammenti di materia precedentemente non identificati. Poiché queste onde radio attraversano tutta la materia sul loro cammino, inclusa la polvere cosmica, mentre viaggiano verso la Terra, osservare la galassia e monitorare ogni lampo radio veloce ci permette di calcolare la quantità di materia presente lungo il percorso.

Il primo studio che ha utilizzato i lampi rapidi per rilevare la materia mancante è stato contestato perché il lampo utilizzato non era esattamente quello inizialmente proposto dagli astronomi, ma Liam Connor e i colleghi dell'Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics hanno omesso i dettagli di ogni singolo FRB, optando invece per una scommessa sulle probabilità, utilizzandone molti.

Dov'è la materia mancante dell'Universo?

Invece di affidarsi a un singolo FRB, il team ne ha catturati ben 60, da 11,74 milioni di anni luce di distanza (FRB20200120E nella galassia M81) a 9,1 miliardi di anni luce (FRB 20230521B, il più distante finora registrato). Questo ha permesso loro di calcolare la materia barionica presente tra le galassie, nel cosiddetto mezzo intergalattico.

Misurando quanto ogni segnale FRB rallentasse durante il suo passaggio nello spazio, il team ha seguito il gas lungo il suo percorso. "Gli FRB agiscono come torce cosmiche", ha spiegato Connor. "Brillano attraverso la foschia del mezzo intergalattico e, misurando con precisione il rallentamento della luce, possiamo valutare quella foschia anche quando è troppo debole per essere vista."

"Il 'problema del barione mancante', che dura da decenni, non ha mai riguardato l'esistenza della materia", ha detto Connor. "È sempre stato: dov'è? Ora, grazie ai FRB, lo sappiamo: tre quarti di essa fluttua tra le galassie nella rete cosmica."

I risultati sono robusti: circa il 76% della materia barionica nell'Universo si trova nel mezzo intergalattico. Circa il 15% si trova negli aloni attorno alle galassie e una piccola frazione è sepolta nelle stelle o nel gas galattico freddo. Questa distribuzione concorda con le previsioni delle simulazioni cosmologiche, ma non è mai stata confermata direttamente fino ad ora.

Punti da pareggiare

Trovare i barioni mancanti non è solo un esercizio di compilazione di una rubrica o di censimento della materia. La loro distribuzione è la chiave per svelare fenomeni cruciali: come si formano le galassie, come la materia si aggrega nell'universo e come la luce viaggia attraverso miliardi di anni luce, per esempio.

"I barioni vengono attratti nelle galassie dalla gravità, ma i buchi neri supermassicci e le stelle che esplodono possono espellerli di nuovo – come un termostato cosmico che raffredda le cose se la temperatura diventa troppo alta", ha detto Connor. "I nostri risultati mostrano che questo ciclo di feedback deve essere efficiente, espellendo gas dalle galassie nel mezzo intergalattico."

Gli astrofisici stanno ora continuando la loro ricerca di altri FRB per aumentare l'importanza dei loro calcoli. Ma ci sono ancora delle questioni in sospeso da risolvere: oltre a non sapere cosa causi queste enormi esplosioni di energia, esiste una relazione, nota come relazione di Macquart , che suggerisce che più un FRB è distante, più gas diffuso rivelerà tra le galassie – ma non tutti i FRB obbediscono a questa regola.

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