Simulazione al computer dell’Universo primordiale. L’immagine mostra i filamenti cosmici uniti a formare una struttura a ragnatela. In aggiunta alle emissioni molto deboli del gas, si possono notare numerose sorgenti puntiformi: sono galassie in cui si stanno formando le prime stelle. Credits: Jeremy Blaizot/SPHINX project.
L’Universo non è composto solo da asteroidi, pianeti, stelle, nebulose e galassie. Su vasta scala è strutturato come una vera e propria ragnatela, la cosiddetta ragnatela cosmica. Come una sorta di scheletro su cui è organizzata tutta la materia, essa è composta da lunghissimi filamenti di idrogeno gassoso che si intrecciano in nodi e interconnettono le galassie. Sappiamo della sua esistenza dai modelli teorici basati sull’ipotesi del Big Bang, ma non è semplice osservarla, perché non genera alcuna luce. L’unico modo per illuminarne i nodi e trovarla è sfruttare la radiazione di quasar e buchi neri supermassicci molto vecchi.
Ora i ricercatori sono riusciti a fotografare per la prima volta una piccola parte della ragnatela cosmica senza utilizzare fonti di luce. Il team, guidato da Roland Bacon del Centre de Recherche Astrophysique di Lione, ha sfruttato il Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), spettrografo montato sul Very Large Telescope dell’ESO in Cile. Lo strumento è stato indirizzato verso l’Hubble Deep Field (HDF), il Campo profondo di Hubble, una piccola regione di spazio nella costellazione australe della Fornace. L’osservazione è durata 140 ore e ha restituito una foto che mostra la struttura a ragnatela del cosmo.
La sorpresa più grande per gli scienziati è stata però un’altra. Le osservazioni mostrano infatti che più di una metà della luce catturata da MUSE non proviene da sorgenti grandi e luminose. Arriva invece da una vasta popolazione di galassie nane mai scoperte prima. Nonostante la luminosità di queste galassie sia troppo debole perché siano osservate individualmente, la prova della loro esistenza avrà conseguenze significative sui modelli di formazione delle galassie, della ragnatela cosmica e dell’Universo stesso.
La materia ordinaria di cui i pianeti e le stelle sono composti è appena il 5% del totale di massa ed energia dell’Universo. Il restante 95% è composto da materia oscura ed energia oscura, componenti fondamentali del cosmo ma di cui ancora ignoriamo le proprietà. Ecco perché è importante la conferma dell’esistenza della ragnatela cosmica. E’ in essa che si formano ed evolvono gli ammassi di galassie, gli oggetti più grandi dell’Universo. Riuscendo a studiarla, possiamo investigare sui meccanismi con i quali la materia ordinaria e quella oscura si aggregano ed evolvono. La difficoltà più grande sta nel trovarla: in un infinito mare buio, orientarsi è difficile se non si sfruttano delle fonti di luce per accendere l’oscurità.
A rendere possibile questa osservazione ci ha pensato lo spettrografo MUSE. Esso infatti è riuscito a catturare la luce proveniente da ammassi stellari che era stata dispersa dai filamenti di gas appartenenti alla ragnatela cosmica. Una luce che arriva dall’Universo di solo due miliardi di anni dopo il Big Bang.
L’Hubble Deep Field, l’area di cielo verso la quale il team di Bacon ha deciso di puntare MUSE, è stata scelta perché ha una bassa densità di stelle luminose nelle vicinanze. E’ molto stretta, appena un decimo dell’area della Luna piena quando la osserviamo dalla Terra. Eppure è la zona più studiata del cielo. Finora è stata osservata da ben 13 strumenti montati su 8 telescopi (compleso il radiointerferometro ALMA dell’ESO), dai raggi X alle onde radio.
Le numerose osservazioni dell’HDF hanno prodotto la veduta più profonda del cosmo fino a oggi nello spettro della luce visibile: essa permette di guardare indietro nel tempo per 13 miliardi di anni. Ciononostante, i recenti dati di MUSE si spingono ancora più in là: essi suggeriscono infatti la presenza di un mare di galassie nane che risalgono a un tempo in cui l’Universo era giovanissimo.
I risultati di MUSE rafforzano l’ipotesi secondo cui l’Universo primordiale era composto da un vasto numero di piccoli gruppi di stelle appena formate. Joop Schave, ricercatore per la Leiden University dei Paesi Bassi e co-autore dello studio, spiega:
Pensiamo che la luce che abbiamo tracciato provenga in gran parte da galassie molto giovani, ognuna contenente milioni di stelle in meno rispetto alla nostra Via Lattea. Galassie così piccole potrebbero essere le responsabili del termine dell’età oscura, quando meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang l’Universo è stato illuminato e riscaldato dalla prima generazione di stelle.
Secondo alcune teorie cosmologiche la maggior parte delle galassie, tra cui anche le galassie nane, si sono formate a partire dalla materia oscura. Quello che ora MUSE ci sta suggerendo è che siano proprio quelle piccole galassie di stelle giovanissime ad aver predisposto l’Universo ad accendersi.
In futuro, gli astronomi intendono mappare aree molto più vaste della ragnatela cosmica. Ecco perché stanno lavorando per migliorare MUSE, così che possa lavorare su una porzione di cielo grande da due a quattro volte quella che riesce a osservare ora.
Sondare in profondità l’Universo fino a raggiungerne gli albori che hanno seguito il Big Bang permetterà di rispondere a interrogativi a lungo discussi dalla comunità astronomica. Cosa ha ordinato la fitta trama di materia oscura e gas che risale a quasi 13 miliardi di anni fa? Come si sono accese le prime stelle? Chi è il ragno responsabile dell’invisibile e buia struttura a ragnatela che permea il cosmo in cui siamo completamente immersi?
Lo studio, accettato per la pubblicazione su Astronomy & Astrophysics, è disponibile qui: The MUSE Extremely Deep Field: the cosmic web in emission at high redshift.
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