Tana per i barioni mancanti

Rappresentazione artistica del mezzo intergalattico calo e caldissimo, una miscela di gas con temperature che vanno da centinaia di migliaia di gradi (caldo) a milioni di gradi (caldissimo) che permea l’universo in una struttura simile a una ragnatela filamentosa. Crediti per l’illustrazione e la composizione: ESA / ATG medialab; dati: ESA / XMM-Newton / F. Nicastro et al. 2018; simulazione cosmologica: R. Cen

Ci sono voluti circa vent’anni di ricerca, ma alla fine sono stati trovati proprio dove e come la teoria aveva previsto. Stiamo parlando dei barioni mancanti, vale a dire la materia ordinaria, una cui considervole porzione sembra essere scomparsa sotto i nostri occhi negli ultimi dieci miliardi di vita dell’Universo. La scoperta è stata realizzata grazie all’osservazione più lunga mai realizzata di un singolo quasar da parte del telescopio XMM-Newton dell’ESA. Il team internazionale che ha condotto la ricerca, guidato da Fabrizio Nicastro dell’INAF di Roma, ha pubblicato i suoi risultati sull’ultimo numero della rivista Nature.

Sappiamo ormai da decenni che il 30-40 percento dei barioni che ci aspettiamo di trovare nell’Universo locale sfuggono alle osservazioni. I barioni sono ciò che consideriamo materia ordinaria, vale a dire stelle, pianeti, gas, polveri e anche noi stessi. Teoria e osservaziooni indirette di questa materia durante le prime fasi di vita dell’Universo, sono in grado di fornire sia stime di quantità, facendo emergere la considerevole porzione di materia mancante, sia una possibile soluzione a questo rompicapo. Stando ai modelli, infatti, i barioni “sfuggenti” si troverebbero lungo filamenti di gas che collegano tra loro le galassie. Tali filamenti sono formati principalmente da idrogeno ionizzato, e quindi sono molto deboli e difficili da osservare. Grazie all’avvento, circa 20 anni fa, degli osservatori spaziali ai raggi X in grado di effettuare misure spettroscopiche ad alta risoluzione, gli astronomi hanno potuto iniziare ad indagare questo mistero. Nonostante i numerosi sforzi, fino ad ora erano state realizzate rilevazioni non conclusive, con bassa significatività.

La composizione cosmica della materia ordinaria. Crediti: ESA

Per ottenere qualche indizio in più su questa grossa porzione di materia mancante, i ricercatori hanno puntato il telescopio XMM-Newton dell’ESA sul quasar chiamato 1ES 1553+113. Grazie alle osservazioni pianificate dal team tra il 2015 e il 2017, e a una serie di puntamenti precedenti, disponibili in archivio, il set di dati è arrivato a coprire in tutto tre settimane di osservazione continua: l’esposizione più lunga in assoluto su una singola sorgente di quel tipo. L’incredibile mole di informazioni spettroscopiche raccolta si è trasformata in una “radiografia” dettagliata del materiale che si trova tra noi e il quasar. Questo ha permesso ai ricercatori di scoprire una serie di deboli righe di assorbimento dovute alla presenza di enormi quantità di barioni nascosti nel materiale caldo e gassoso che si estende anche per milioni di anni luce tra una galassia e l’altra.

«Le nostre osservazioni, giunte dopo diciotto anni di incessanti tentativi da parte di diversi gruppi di ricerca nel mondo, hanno finalmente individuato la materia ordinaria mancante dell’Universo», dice Fabrizio Nicastro, ricercatore dell’INAF e primo autore dell’articolo. «La materia che abbiamo trovato è esattamente nella posizione e nella quantità predette dalla teoria, quindi possiamo dire di aver risolto uno dei più grandi misteri dell’astrofisica moderna: quella dei barioni mancanti».

Per saperne di più:

  • Leggi sulla rivista Nature l’articolo Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium di F. Nicastro, J. Kaastra, Y. Krongold, S. Borgani, E. Branchini, R. Cen, M. Dadina, C. W. Danforth, M. elvis, F. Fiore, A. Gupta, S. Mathur, D. Mayya, F. Paerels, L. Piro, D. Rosa-Gonzalez, J. Schaye, J. M. Shull, J. Torres-Zafra, N. Wijers e L. Zappacosta

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Fonte: Tana per i barioni mancanti

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