Rappresentazione artistica dei filamenti cosmici, lunghe strutture di gas e materia oscura che collegano tra loro ammassi di galassie. Secondo il nuovo studio, le galassie sono incanalate su orbite a elica e ruotano attorno ai filamenti. Credits: AIP/A. Khalatyan/J. Fohlmeister
L’Universo non è statico: tutto si muove. Lo hanno scoperto un team di ricercatori del Leibniz Institute for Astrophysics di Potsdam, in collaborazione con scienziati di Cina e Estonia. Lo studio ha preso in esame 17 mila filamenti cosmici, enormi ponti di galassie e materia oscura che collegano tra loro gli ammassi di galassie. I dati dello Sloan Digital Sky Survey, un’indagine conoscitiva della volta celeste, hanno permesso di scoprire una sorprendente proprietà di questi filamenti: ruotano. Lo fanno costantemente. E sulla scala di centinaia di milioni di anni luce, qualcosa di mai visto prima e i risultati pubblicati su Nature Astronomy indicano che il momento angolare può essere generato su scale senza precedenti.
La maggior parte della materia visibile nell’Universo si raccoglie in galassie, che a loro volta si aggregano in ammassi, massicci fino a 1016 masse solari. Questi si uniscono in gruppi ancora più grandi, i superammassi, i più grandi elementi visibili dell’Universo. I superammassi sono collegati da formazioni filiformi, con una lunghezza che raggiunge i 260 milioni di anni luce, chiamati filamenti cosmici. Tra le più grandi strutture conosciute nell’Universo, i filamenti cosmici separano le zone di spazi vuoti tra gli ammassi e i superammassi di galassie.
Nel modello standard dell’evolouzione dell’Universo, i filamenti si dispongono e seguono la struttura simile a una ragnatela, la cosiddetta ragnatela cosmica, costituita da gas e materia oscura. La materia oscura attira gravitazionalmente la materia visibile, e quest’ultima è ciò che vediamo sotto forma di grandi strutture come filamenti e superammassi.
E’ Peng Wang, autore principale dello studio e astronomo presso l’AIP, ad annunciare la scoperta del movimento rotazionale dei filamenti cosmici. “Mappando il movimento delle galassie in queste enormi autostrade cosmiche usando lo Sloan Digital Sky Survey, abbiamo trovato una proprietà notevole di questi filamenti: ruotano.”
Nonostante siano “sottili” (lunghi centinaia di milioni di anni luce ma con solo pochi milioni di anni luce di diametro), questi enormi viticci di materiale cosmico ruotano sull’enorme scala di centinaia di milioni di anni luce. Lo farebbero con un movimento a elica attorno al loro asse centrale e una velocità fino a 360 mila chilometri all’ora, l’1% della velocità della luce. Cosa che li rende le più grandi strutture rotanti conosciute nell’Universo. Noam Libeskind, iniziatore del progetto presso l’AIP, afferma:
Su queste scale le galassie al loro interno sono solo frammenti di polvere. Si muovono su eliche o orbite simili a cavatappi, girando intorno al centro del filamento mentre lo percorrono. Una tale rotazione non è mai stata vista prima su scale così enormi, e l’implicazione è che deve esserci un meccanismo fisico ancora sconosciuto responsabile della torsione di questi oggetti.
Una delle domande senza risposta per i cosmologi, è in che modo il momento angolare responsabile della rotazione possa essersi generato. Nel modello standard sulla formazione delle strutture cosmiche non c’è al momento una spiegazione. Secondo questo modello, le regioni sovradense nell’Universo primordiale crescerebbero tramite l’instabilità gravitazionale, perché la materia scorre verso di esse. Ma questo flusso potenziale è irrotazionale, privo di qualsiasi ricciolo. Non c’è una rotazione primordiale nell’Universo appena nato.
Sappiamo che una rotazione, per definizione, dovrebbe generarsi durante la formazione delle strutture cosmiche, e che la ragnatela di filamenti cosmici è intrinsecamente connessa con la nascita e l’evoluzione delle galassie. I filamenti, infatti, hanno un forte effetto sulla rotazione delle galassie. Spesso regolano la direzione in cui ruotano, e i loro aloni di materia oscura. Ciò che non sappiamo è se il nostro modello sulla formazione delle strutture cosmiche riesca a prevedere che i filamenti cosmici siano caratterizzati da una rotazione.
Una possibile interpretazione del fenomeno rotazionale è che in origine il campo gravitazionale dei filamenti cosmici potrebbe aver trascinato verso il centro gas e polveri, facendoli collassare. In questo modo, le forze risultanti potrebbero aver generato la rotazione.
Motivati dal suggerimento del teorico Mark Neyrinck che i filamenti possono ruotare, i ricercatori hanno esaminato la distribuzione delle galassie osservate, cercando la rotazione dei filamenti. “È fantastico vedere questa conferma che i filamenti intergalattici ruotano nell’Universo reale, così come nella simulazione al computer” ha detto entusiasta Libeskind.
Sfruttando un sofisticato metodo di mappatura, la distribuzione delle galassie osservate è stata segmentata in filamenti. Ogni filamento è stato approssimato da un cilindro. Le galassie al suo interno sono state divise in due regioni su entrambi i lati della spina dorsale del filamento. In questo processo, i ricercatori hanno misurato la differenza media di redshift tra le due regioni. Il redshift è lo spostamento verso il rosso causato dall’allontanarsi delle galassie durante l’espansione dell’Universo. La differenza media di redshift, perciò, è utile a comprendere la differenza di velocità delle galassie sul lato che si allontana e quello che si avvicina al filamento cilindrico. Questo aiuta a misurare la rotazione del filamento.
Lo studio implica che, dipendendo da una serie di parametri come l’angolo da cui viene studiato il sistema, tutti i filamenti nell’Universo presentano un segnale coerente con la rotazione.
Calcoli su scale enormi come quelle dei filamenti cosmici sono complessi anche per i computer più potenti a disposizione. Questo è uno dei motivi per cui al momento non si hanno ancora risposte certe.
Senz’altro lo studio è un importante punto di partenza per le future simulazioni e osservazioni in ambito cosmologico. La rotazione di questi enormi ponti di galassie e materia oscura potrebbe richiedere una modifica del modello standard di formazione delle strutture cosmiche. Oppure ridisegnare completamente alcune nostre certezze sull’Universo primordiale. In fondo, stiamo guardando indietro nel tempo di più di 13 miliardi di anni. Senz’altro ci sono misteri ancora irrisolti, come questa rotazione intrinseca, finora mai scoperta, che muove tutto l’Universo.
Lo studio completo è disponibile qui.
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