È stata misurata la materia totale che compone l’universo

La materia totale dell’universo – includendo sia quella visibile, ordinaria, sia quella oscura – è pari a circa il 31% di tutta la composizione (la materia e l’energia) dell’universo. La nuova più precisa misura dei fisici californiani

(foto: 1412 via Getty Images)

La materia visibile è solo una piccola parte – soltanto il 4% – di tutta la materia che compone l’universo. Il resto è materia oscura e energia oscura, due elementi essenziali del cosmo, almeno secondo le teorie, la cui composizione è ancora sconosciuta. In questo quadro dai bordi ancora incerti misurare la quantità totale di materia presente nell’universo è una sfida molto complicata anche per matematici e fisici che si occupano di modelli. Oggi un gruppo dell’università della California a Riverside (Ucr) c’è riuscito, sempre a livello teorico: il team ha misurato la massa dei cluster (o meglio gruppi) di galassie studiando le loro orbite e ha poi analizzato i dati attraverso complesse simulazioni numeriche. I risultati sono pubblicati su The Astrophysical Journal.

La materia è circa il 31% dell’Universo

I ricercatori hanno stimato che la materia – sia quella visibile che conosciamo sia quella oscura – rappresenta il 31,5% della materia e dell’energia totale dell’universo – l’energia è inclusa perché ricordiamo che massa ed energia si equivalgono, secondo la nota equazione di Einstein. Mentre la restante parte (il 68,5%) è data dall’energia oscura, ancora sconosciuta quanto il suo nome anche se stando alle teorie risulta essere una forma di energia collegata alla forza che guida l’espansione dell’universo. Ma la cifra – il 31% circa di tutta la materia e l’energia – non deve ingannare: se rapportiamo la materia a tutto lo spazio nell’universo la sua quantità è molto ridotta. Per dare un’idea, questa quantità “corrisponderebbe a una densità media della massa pari a sei atomi di idrogeno per metro cubo, spiega Mohamed Abdullah, studente laurato dell’università della California a Riverside. In realtà, dato che buona parte della materia è oscura, non possiamo dire – era solo un paragone – che la materia è composta da sei atomi di idrogeno per metro cubo. “La maggior parte [della materia dell’universo]”, aggiunge Abdullah, “è composta da una materia che i cosmologi ancora non conoscono”.

Come si misura la materia totale

Arrivare a questa misura non è stato semplice. Finora, spiegano gli autori, l’unica tecnica convalidata consiste nel confrontare il numero e la massa dei gruppi di galassie per unità di volume (come prima, quando è stato utilizzato il metro cubo) con le previsioni delle simulazioni computazionali. Queste galassie sono infatti composte da materia che è collassata, nei 13.8 miliardi di anni di vita dell’universo, sotto il peso della sua stessa gravità. Ma questa misura è molto difficile dato che molta parte della materia è oscura, non visibile, e rilevabile soltanto attraverso misurazioni indirette (mediante i suoi effetti gravitazionali sulla materia tradizionale).

Un approccio alternativo

Per questo l’approccio adottato oggi è differente. I ricercatori hanno utilizzato un particolare strumento cosmologico, chiamato GalWeight, con un modello teorico qui descritto. Lo strumento consente di misurare la massa dei gruppi di galassie utilizzando le orbite delle galassie che ne fanno parte. Gli scienziati lo hanno applicato alla Sloan Digital Sky Survey (Sdss), un’indagine conoscitiva del cielo effettuata con il telescopio ottico a grandangolo di 2,5 metri dell’osservatorio di Apache Point, nel New Mexico. Al termine dello studio hanno creato GalWCat19, un catalogo pubblico dei gruppi di galassie. Il catalogo per ora ne contiene 1.800, cui corrispondono più di 34mila galassie membri (che ne fanno parte).

In seguito hanno comparato il numero di gruppi di galassie nel nuovo catalogo con quello ottenuto tramite simulazioni numeriche (con i modelli precedenti). La misura finale, dopo tutti questi calcoli, è che la materia compone il 31.5±1.3% (dove ±1.3% rappresenta il margine di errore) della quantità totale della materia e della massa dell’universo.

Misurare la massa di ogni singolo gruppo di galassie

“Siamo riusciti ad ottenere una delle misurazioni più precise mai effettuate utilizzando la tecnica dei gruppi di Galassie”, sottolinea Gillian Wilson, docente di fisica e astronomia all’università Ucr. “Inoltre, è la prima volta in cui questa tecnica basata sullo studio delle orbite ha restituito un valore in accordo con quelli misurati da gruppi che utilizzano tecniche non basate sui gruppi di galassie [altre tecniche ndr], come le anisotropie della radiazione cosmica di fondo, le oscillazioni acustiche dei barioni, la supernova di tipo Ia o il lensing gravitazionale”. Tutti nomi difficili dietro cui ci sono altrettante tecniche complicate. “Un ampio vantaggio nell’uso della tecnica basata sulle orbite delle galassie GalWeight”, sottolinea il coautore Anatoly Klypin, “è stato che il nostro gruppo è riuscito a determinare la massa di ciascun gruppo di galassie preso singolarmente invece che basarsi su metodi statistici più indiretti”.

Fonte : Wired