“Osservata” la ragnatela di materia oscura che connette le galassie

Aracnofobici, niente panico. “Cosmic web” (ragnatela cosmica) è semplicemente il nome che gli astrofisici danno alle strutture di materia oscura (dark matter) che congiungono le galassie nell’universo.  Da tempo gli astrofisici si sono convinti dell’esistenza di questa intricata rete di dark matter, grazie a simulazioni come la Millennium Simulation, della quale la seguente immagine mostra uno snapshot.

Una istantanea della Millennium Simulation. Questo programma ha simulato come la materia oscura si sia aggregata per effetto della gravità lungo tutta la storia dell’universo. In questa immagine potete osservare come i punti più luminosi (che corrispondono alle galassie) siano contenuti all’interno di una struttura filamentosa e intricata, la “cosmic web”.  Vi ricordo che questa è solo una simulazione: la dark matter appare luminosa per pure necessità grafiche! Potete trovare il video dell’intera simulazione qui.

Abbiamo già parlato qui della materia oscura e delle sue bizzarre proprietà, la più importante delle quali è che non è possibile osservarla direttamente ma solo tramite i suoi effetti gravitazionali.

Nello stesso articolo linkato qui sopra, abbiamo accennato al fatto che una massa molto grande (no, la vostra pancia dopo il pranzo di Pasqua è ancora troppo piccola), sia essa composta di materia oscura o luminosa, si può comportare come una lente, distorcendo e magnificando la luce. Questo fenomeno è detto lensing gravitazionale.  In linea di principio sarebbe dunque possibile rivelare l’esistenza della cosmic web proprio grazie a questo effetto.  Ed è così che due astrofisici canadesi sono riusciti a individuare l’analogo di quei sottili filamenti che vedete nell’immagine accanto. Il ragionamento di fondo del loro studio è il seguente. Poiché vediamo solo distanze proiettate sulla sfera celeste, se consideriamo due galassie che osserviamo essere abbastanza vicine, due sono le possibilità: o sono davvero vicine nello spazio tridimensionale, oppure le osserviamo vicine solo perché sono semplicemente sulla stessa linea di vista ma in realtà tra esse c’è una distanza enorme lungo la terza dimensione. Quello che ci si aspetta per il primo tipo di coppie di galassie è che siano legate tra loro da un filamento della ragnatela, mentre per le seconde non si dovrebbe essere in grado di vedere alcun effetto. Ora, sfortunatamente, l’effetto di lensing predetto per i filamenti di dark matter è molto piccolo. Di conseguenza, i due astrofisici hanno dovuto intraprendere una strada piuttosto complicata per ottenere, da un catalogo di circa 23000 galassie che formavano coppie del primo tipo, un effetto medio.

Risultati nel caso di galassie del primo tipo (quelle effettivamente vicine).

Nell’immagine di qui fianco è riportata la figura originale dell’articolo (*). Il colore rappresenta il cosiddetto campo di convergenza, che è una quantità  essenzialmente legata alla distribuzione di massa. Gli oggetti più luminosi rappresentano due galassie, ma potete notare come tra le due ci sia qualcosa (colore rosso). Qualcosa che assomiglia proprio ad un filamento di dark matter della cosmic web. Incredibile, vero?

Risultati per galassie del secondo tipo (quelle che ci appaiono vicine per un effetto di proiezione).

Osservate invece cosa succede per le galassie del secondo tipo: come previsto, non c’è nulla tra i due oggetti!

Questo risultato è rilevantissimo per almeno due motivi. Il primo è che mostra come sia possibile sfruttare il lensing gravitazionale debolissimo per osservare strutture altrimenti inosservabili. Il secondo è che si ha la conferma dell’esistenza dei filamenti della cosmic web, e questo è un gran successo dal punto di vista della teoria della formazione delle strutture nel nostro universo, che è stata in grado di predirla.

(*) Per i più arditi, qui riportiamo l’articolo originale pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: articolo.

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