L’universo è un intricato intreccio di filamenti giganti che connettono aggregati di galassie, simili a superstrade che collegano città. La forma e la struttura di questi filamenti contengono informazioni cruciali sulla composizione e la storia dell’universo. Tuttavia, a causa della loro complessità geometrica, la loro misurazione è un compito molto impegnativo. Recentemente, è stata presentata una nuova metodologia per calcolare la massa di questi filamenti, un passo avanti nella comprensione dei misteri legati alla materia oscura e all’energia oscura.
A scale enormi, l’universo presenta una somiglianza con una ragnatela, autorevolmente definita come la rete cosmica, che rappresenta il modello più ampio presente in natura. All’interno di questa rete, ci sono piccoli gruppi compatti di galassie noti come ammassi di galassie, separati da vuoti — immensi spazi di quasi nulla. I filamenti fungevano da collegamenti tra questi ammassi, formandone la spina dorsale. Ogni filamento può estendersi per decine di milioni di anni luce e contenere centinaia di migliaia di galassie.
Risultati recenti di un ampio studio radioastronomico hanno rivelato la struttura dell’universo a queste scale immense. Ogni filamento rappresenta un elemento essenziale di un superammasso. La forma dettagliata della rete cosmica e le sue intricate strutture hanno una lunga storia che risale a più di 13 miliardi di anni fa, quando le stelle e le galassie iniziarono a formarsi e illuminare il cosmo. La struttura attuale della rete cosmica fornisce indizi sull’evoluzione da quel periodo ed è intimamente legata alle proprietà della materia normale, della materia oscura e dell’energia oscura. Una variazione in uno di questi componenti può generare un nuovo schema nella rete cosmica.
Negli ultimi decenni, gli astronomi hanno utilizzato statistiche di base sulla rete cosmica, come la separazione media tra galassie, per raccogliere dati sui costituenti cosmologici fondamentali. Tuttavia, poiché la natura della materia oscura e dell’energia oscura non è completamente compresa, si cerca sempre di ottenere ulteriori informazioni dai dettagli della rete cosmica. I filamenti offrono una via promettente per esplorare queste componenti invisibili; a differenza degli ammassi di galassie, che sono già collassati, i filamenti non lo sono completamente, contenendo comunque più materiale rispetto ai vuoti.
Determinare la massa di un filamento, però, presenta delle sfide. Infatti, la maggior parte della massa di un filamento è costituita da materia oscura, la quale sfugge alle nostre osservazioni dirette. Possiamo individuare solamente le galassie visibili e utilizzare tali dati per dedurre la massa e la struttura reale del filamento.
Recentemente, in un articolo pubblicato sull’Astrophysical Journal, è stata proposta una metodologia per affrontare questa problematica. I ricercatori hanno calibrato le loro tecniche attraverso simulazioni cosmologiche, monitorando l’evoluzione della materia oscura, delle stelle e delle galassie. È stata identificata una relazione significativa tra una grandezza chiamata “dispersione del redshift delle galassie” e la massa sottostante della materia oscura.
Le galassie, in un universo in espansione, si allontanano mediamente da noi, ma possono presentare movimenti aggiuntivi a causa delle loro interazioni gravitazionali locali. Quindi, esaminando un filamento, alcune galassie potrebbero avvicinarsi a noi, mentre altre si allontanano. Le galassie che si muovono verso di noi mostreranno un leggero spostamento verso il blu dello spettro elettromagnetico, mentre quelle che si allontanano dal nostro punto di vista appariranno leggermente spostate verso il rosso.
Mappando la distribuzione di questi redshift all’interno di ogni filamento, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare la variazione delle velocità delle galassie per ricostruire la massa della materia oscura “nascosta” dentro il filamento, basandosi esclusivamente sulle proprietà osservabili delle galassie. Questo rappresenta solo il primo passo del loro lavoro. Gli studiosi continueranno a investigare la relazione tra le velocità delle galassie e la massa della materia oscura al fine di sviluppare un metodo affidabile per la stima della massa. Utilizzando simulazioni, esploreranno come queste quantità variano in diversi scenari cosmologici. L’obiettivo finale sarà applicare questa tecnica a survey galattiche reali per capire quali informazioni i filamenti possono rivelarci sui lati meno conosciuti dell’universo.