Lo studio su tutta la materia dell’universo è stato pubblicato su Astrophysical Journal.
Una pietra miliare della cosmologia
Misurare tutta la materia dell’universo è uno degli obiettivi principali della cosmologia. Un esercizio matematico che considereremmo impossibile. Eppure, un team di ricerca della California University-Riverside ce l’ha fatta. Infatti, i risultati dello studio pubblicato su Astronomical Journal dimostrano che la materia compone il trentuno percento del totale di energia e materia dell’universo. “Per farvi capire questa quantità nel contesto, immaginate tutta la materia dell’universo spalmata uniformemente in tutto lo spazio. Corrisponderebbe a una densità media di massa uguale a sei atomi di idrogeno per metro cubo” spiega il primo autore Mohamed Abdullah. Per semplificare, la materia sarebbe così rarefatta da non risultare visibile. “Tuttavia, sapendo che l’ottanta percento della materia è in realtà materia oscura, non dovremmo parlare di atomi di idrogeno” spiega Abdullah. Infatti, la materia oscura è un tipo di materia che i cosmologi ancora non comprendono.
Calcoli su scala universale
Abdullah descrive il processo di calcolo usato per determinare il totale della materia nell’universo. Il team ha comparato il volume e la massa dei cluster di galassie conosciuti e le previsioni date dalle simulazioni numeriche. Dato che i cluster odierni originano da materia collassata per miliardi di anni sotto la spinta della gravità, il numero di cluster osservati è estremamente utile nel calcolo e nelle questioni cosmologiche. “Una percentuale maggiore di materia significherebbe più cluster” spiega Abdullah. “La grande sfida per il mio team deriva dal misurare il numero di cluster e decidere quale risposta fosse vera. Sarebbe sicuramente più facile se la maggior parte della materia non fosse così oscura da risultare invisibile anche ai telescopi migliori”.
Oltre il limite del visibile
Per superare questa difficoltà e misurare tutta la materia dell’universo, il team ha sviluppato “GalWeight“. Si tratta di uno strumento cosmologico che studia e misura la massa di un cluster di galassie. Funziona analizzando l’orbita delle galassie-membro di ogni cluster. Applicandolo alle osservazione dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hanno quindi creato “GalWCat19”, un catalogo pubblico dei cluster. Una volta ottenuto il catalogo è bastato compararlo con le simulazioni numeriche per determinare la totalità della materia nel nostro cosmo. “Abbiamo fatto una delle misurazioni più precise di sempre, utilizzando i cluster di galassie” afferma orgoglioso il professore di fisica della UCR Gillian Wilson. “In aggiunta, questo è il primo utilizzo della tecnica orbitale, che sta accumulando consenso e valore”. Difatti, la tecnica orbitale è in concordanza con altre modalità come le anisotropie della radiazione cosmica di fondo, le oscillazioni acustiche dei barioni, le lenti gravitazionali.
Una stima accurata
Lo studio, che utilizza strumenti innovativi, è stato finanziato dalla National Science Foundation e dalla NASA. “Uno dei vantaggi più grandi nell’applicare la nostra tecnica delle orbite galattiche con GalWeight è che abbiamo individuato una massa per ogni cluster individualmente. Non abbiamo dovuto ripiegare su metodi indiretti o statistici” spiega Anatoly Klypin, co-autore dello studio ed esperto di simulazioni cosmologiche. Combinando i propri risultati di quelli di altri team e altre tecniche di misurazione, la squadra della UCR ha determinato il miglior valore combinato. Quindi, la materia forma il 31.5±1.3% del totale di materia ed energia dell’universo.
Daniele Tolu