Negli anni '60, gli astronomi iniziarono a notare che l'universo sembrava mancare di massa. Tra le continue osservazioni sul cosmo e la 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 (nota anche come barionica).
Ciò diede origine a ciò che gli astrofisici soprannominarono il "problema del barione mancante". Ma alla fine, gli scienziati hanno scoperto quale potrebbe essere l'ultima materia normale mancante nell'Universo. Secondo un recente studio condotto 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", è recentemente apparso sulla rivista scientifica Natura. Lo studio è stato condotto da Fabrizio Nicastro, ricercatore dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Roma, e comprendeva membri dell'Istituto olandese SRON per la ricerca spaziale, il Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), l'Instituto de Astronomia Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP-UNLP) e diverse università.
Per motivi di 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 Active Galactic Nuclei (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, che si traducono in buchi neri che emettono radiazioni e getti di particelle surriscaldate.
In passato, i ricercatori credevano che della materia normale nell'Universo, circa il 10% fosse legato nelle galassie mentre il 60% esisteva in diffuse nuvole di gas che riempiono i vasti spazi tra le galassie. Tuttavia, ciò ha lasciato il 30% della questione normale non considerata. Questo studio, che è stato il culmine di una ricerca di 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, un ricercatore associato di CU Boulder e coautore di questo studio, in un articolo del 2012 apparso in The Astrophysical Journal - intitolato "Il censimento barionico in un mezzo intergalattico multifase: il 30% dei barioni può ancora mancare". In esso, Danforth ha suggerito che i barioni mancanti sarebbero stati probabilmente 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 astrofisica e scienze planetarie all'Università del Colorado Boulder e uno dei coautori dello studio - questo terreno selvaggio sembrava il posto perfetto dove guardare. "Qui la natura è diventata molto perversa ," Egli ha detto. "Questo mezzo intergalattico contiene filamenti di gas a temperature da poche migliaia a qualche milione di gradi."
Per testare questa teoria, il team ha utilizzato i dati dello spettrografo delle origini cosmiche (COS) sul telescopio spaziale Hubble per esaminare il WHIM vicino al quasar 1ES 1553. Hanno quindi utilizzato la missione multi-specchio a raggi X dell'Agenzia spaziale europea (ESA) ( XMM-Newton) per guardare più da vicino i segni dei barioni, che apparivano sotto forma di getti altamente ionizzati di ossigeno gassoso riscaldati a temperature di circa 1 milione ° C (1,8 milioni ° F).
In primo luogo, i ricercatori hanno utilizzato il COS sul telescopio spaziale Hubble per farsi un'idea di dove potrebbero trovare i barioni mancanti nel WHIM. Successivamente, si accamparono su quei barioni usando il satellite XMM-Newton. Alle densità registrate, il team ha concluso che, estrapolato all'intero universo, questo gas ossigeno superionizzato potrebbe rappresentare l'ultimo 30% della materia ordinaria.
Come ha indicato il 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: capire il censimento barionico di idrogeno ed elio e tutto il resto nella tavola periodica", ha detto.
Guardando al futuro, Shull ha indicato che i ricercatori sperano di confermare i loro risultati studiando quasar più brillanti. Shull e Danforth esploreranno anche il modo in cui il gas ossigeno ha raggiunto queste regioni dello spazio intergalattico, anche se sospettano che sia stato soffiato lì nel corso di miliardi di anni da galassie e quasar. Nel frattempo, tuttavia, come la "materia mancante" sia diventata parte del WHIM rimane una domanda aperta. Come Danforth ha chiesto:
"Come arriva dalle stelle e dalle galassie fino allo spazio intergalattico?" C'è una sorta di ecologia in atto tra le due regioni, e i dettagli di ciò sono capiti male. "
Supponendo che questi risultati siano corretti, gli scienziati possono ora andare avanti con modelli di cosmologia in cui viene spiegata tutta la "materia normale" necessaria, il che ci consentirà di avvicinarci di più a come l'Universo si è formato e si è evoluto. Se solo potessimo trovare quella materia oscura inafferrabile e l'energia oscura, avremmo un quadro completo dell'Universo! Ah bene, un mistero alla volta ...
