Uno studio condotto dall’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics rivela che oltre il 75% della materia barionica del cosmo fluttua tra le galassie , risolvendo un enigma vecchio di decenni sulla distribuzione della materia visibile dell’universo.
Per decenni, uno dei misteri più persistenti della cosmologia è stato il cosiddetto problema del barione mancante : modelli teorici e osservazioni dell’universo primordiale suggerivano una certa quantità di materia ordinaria, composta principalmente da protoni e neutroni, ma osservando il cosmo oggi, gli astronomi sono riusciti a individuare solo circa la metà di quella materia .
Ora, un team di ricercatori dell’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), in collaborazione con il California Institute of Technology (Caltech), è riuscito a localizzare questo “materiale mancante” grazie a un nuovo strumento cosmico: i lampi radio veloci, o FRB.
Gli FRB sono lampi di onde radio intensi e estremamente brevi che hanno origine da galassie distanti e, nonostante siano stati scoperti poco più di un decennio fa, hanno iniziato a rivoluzionare il modo in cui si studia la materia dispersa nell’universo.
In questa ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Astronomy , gli scienziati hanno analizzato 60 di questi impulsi, che coprono distanze da 11,7 milioni a oltre 9,1 miliardi di anni luce, consentendo loro di mappare la materia presente nel mezzo intergalattico, lo spazio tra le galassie che costituisce una sorta di nebbia cosmica invisibile alla maggior parte dei telescopi convenzionali.
La questione non è mai stata se quella materia esistesse, ma dove si trovasse , spiega Liam Connor, astronomo del CfA e autore principale dello studio. Grazie ai FRB, ora sappiamo che tre quarti di quella materia ordinaria fluttua tra le galassie, sparpagliata nella rete cosmica . In altre parole, per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a individuare con precisione l'”indirizzo” di quella porzione di materia di cui fino ad ora si sapeva l’esistenza, ma che non era possibile localizzare.
Il processo che consente questa localizzazione si basa su un principio relativamente semplice: attraversando il mezzo intergalattico, le onde radio che compongono un FRB rallentano leggermente, in modo proporzionale alla quantità di materia che incontrano lungo il loro percorso . Le lunghezze d’onda maggiori (rappresentate in rosso nelle illustrazioni artistiche del fenomeno) rallentano più di quelle minori (in blu), e questa differenza di velocità permette agli astronomi di stimare la quantità di materia che hanno attraversato. Come torce cosmiche, gli FRB illuminano il percorso e ci permettono di “pesare” la nebbia che li avvolge, anche se non può essere vista direttamente.
I risultati ottenuti non solo hanno confermato che circa il 76% della materia barionica dell’universo si trova nel mezzo intergalattico , ma hanno anche rivelato che un altro 15% è contenuto negli aloni delle galassie (regioni che circondano queste strutture) e che una frazione minore è contenuta in stelle o nubi di gas freddo all’interno delle galassie stesse. Questa distribuzione coincide con le previsioni fatte da simulazioni cosmologiche avanzate, ma finora non era stata verificata direttamente.
Per Vikram Ravi, coautore dello studio e professore al Caltech, questo è un trionfo dell’astronomia moderna . Ha affermato che i FRB ci hanno permesso di osservare la struttura e la composizione dell’universo da una nuova prospettiva, rappresentando uno strumento rivoluzionario per tracciare la materia che riempie i vasti spazi vuoti tra le galassie.
Oltre a risolvere un mistero quantitativo, conoscere la posizione precisa della materia barionica ci permette di approfondire la nostra comprensione di processi chiave nell’universo, come la formazione delle galassie, il comportamento della materia su larga scala e la propagazione della luce nel corso di miliardi di anni. Come spiega Connor, questi barioni non sono statici; la gravità tende ad attrarli verso l’interno delle galassie , ma fenomeni energetici come le esplosioni di supernova o l’attività dei buchi neri supermassicci possono espellerli nel mezzo intergalattico, funzionando come un termostato cosmico che regola l’equilibrio termico dell’universo.
Questo lavoro, tuttavia, non rappresenta un punto di arrivo, ma piuttosto l’inizio di una nuova era nella cosmologia osservativa. Ravi sottolinea che stiamo entrando in una “età dell’oro” per lo studio dell’universo attraverso i FRB, grazie a nuovi telescopi come il DSA-2000 ( Deep Synoptic Array ) e il CHORD ( Canadian Hydrogen Observatory and Radio-transient Detector ), che ci permetteranno di rilevare migliaia di questi lampi e di mappare la rete cosmica con un dettaglio senza precedenti.
Con questa ricerca, pubblicata il 17 giugno su Nature Astronomy, il team non solo ha risolto uno degli enigmi più antichi dell’universo moderno, ma ha anche aperto le porte a una nuova era in cui fenomeni fugaci, invisibili all’occhio umano, svelano i segreti più profondi del cosmo.
FONTI
Centro Harvard-Smithsonian per l’astrofisica
Connor, L., Ravi, V., Sharma, K. et al. Una rete cosmica ricca di gas rivelata dalla partizione dei barioni mancanti . Nat Astron (2025). doi.org/10.1038/s41550-025-02566-y