Un ponte di gas cosmico fra quattro ammassi svela la ‘materia mancante’ dell’universo

Questa sorta di “gas cosmico” mette in contatto questi grandi ammassi, e potrebbe essere un nuovo elemento cosmico.

C’è un mistero che da tempo tormenta gli astrofisici: una fetta considerevole della materia ordinaria dell’universo, quella fatta di protoni, neutroni ed elettroni, sembra sparita nel nulla. I modelli cosmologici dicono che dovrebbe esserci, eppure… non la si trova. Questo enigma è noto come il “problema dei barioni mancanti”.

Un indizio importante arriva da quello che è un po’ il reticolo dell’universo: i filamenti cosmici. Queste gigantesche strutture di gas rarefatto collegano gli ammassi di galassie, come fossero autostrade invisibili. Ed è proprio lì che, secondo le simulazioni, si nasconderebbe la parte mancante della materia barionica. Solo che… individuarla non è affatto semplice.

Il gas in questione è il cosiddetto WHIM, acronimo di “Warm-Hot Intergalactic Medium”. È tenue, caldo, e praticamente trasparente alla maggior parte delle osservazioni. Per vederlo bisogna utilizzare raggi X, strumenti estremamente sensibili e, soprattutto, una certa dose di fortuna. Finora solo pochi filamenti erano stati identificati tramite l’emissione del WHIM.

Ma adesso qualcosa è cambiato. In uno studio appena pubblicato su Astronomy & Astrophysics, un gruppo internazionale di ricercatori ha osservato, per la prima volta in modo diretto e dettagliato, l’emissione termica del WHIM da un filamento lungo 7,2 milioni di anni luce nel superammasso di Shapley.

Una ragnatela tra le galassie

La porzione di universo esplorata si trova in una zona piuttosto densa di strutture galattiche, quella del superammasso di Shapley, tra i più imponenti dell’universo locale. Il filamento in questione unisce due coppie di ammassi: A3532/3530 e A3528-N/S. Ed è stato individuato grazie a un eccesso di galassie rilevato in osservazioni ottiche recenti. Ma la vera sfida era vederlo brillare nei raggi X, segno della presenza di quel gas caldo e sfuggente.

Per riuscirci, i ricercatori hanno utilizzato dati provenienti da due telescopi spaziali: Suzaku e XMM-Newton. Il primo, noto per la sua bassa rumorosità strumentale, è stato cruciale per rilevare l’emissione diffusa. Il secondo, grazie alla sua miglior risoluzione, ha permesso di distinguere le sorgenti puntiformi, come buchi neri e galassie attive, che avrebbero potuto falsare i dati. Un’analisi congiunta dei due strumenti ha portato a una rilevazione solida: il filamento emette il 21% in più rispetto al fondo cielo, con una significatività statistica di oltre 6 sigma.

Un ritratto preciso del gas nascosto

Il profilo del gas trovato nel filamento corrisponde sorprendentemente bene a quello previsto dai modelli cosmologici: una temperatura attorno a 0,9 keV, una densità elettronica vicina a 10⁻⁵ cm⁻³ e una sovradensità barionica (δb) tra 30 e 40. Si tratta della prima osservazione spettroscopica di un filamento privo di contaminazioni significative da galassie, aloni di materia o sorgenti irrisolte. La massa totale di gas stimata si aggira intorno a 1,2 × 10¹³ masse solari.

La ricerca, guidata da K. Migkas e colleghi, dimostra che con un’analisi accurata, e strumenti ad alta risoluzione, è possibile isolare il contributo reale del WHIM. Altri studi precedenti, basati su dati meno profondi o su stacking di molti filamenti, avevano sovrastimato la densità del gas a causa di contaminazioni non eliminate. I valori ottenuti in questo lavoro, invece, rientrano perfettamente nei parametri attesi dalle simulazioni IllustrisTNG e EAGLE.