Per anni, gli scienziati hanno saputo che una parte importante della materia ordinaria dell’universo, quella fatta di protoni, neutroni, stelle e pianeti, era introvabile. La chiamavano “materia mancante”. Ora, grazie a misteriosi lampi di onde radio provenienti da lontanissimi angoli del cosmo, finalmente abbiamo trovato dove si nascondeva: dispersa come gas sottile tra le galassie. Questa scoperta rappresenta una svolta storica nella nostra comprensione della struttura dell’universo.
Tutto è partito da un enigma vecchio decenni: secondo i calcoli, la materia ordinaria (cioè quella di cui siamo fatti anche noi, chiamata “barionica”) rappresenta solo il 15% dell’intero contenuto dell’universo. Il resto è composto da materia oscura ed energia oscura (la prima esercita gravità e tiene unite le galassie, la seconda spinge l’universo a espandersi sempre più velocemente), entrambe invisibili ma rilevabili grazie ai loro effetti gravitazionali. Tuttavia, anche della materia barionica conosciuta, la metà sembrava scomparsa. I telescopi vedevano stelle, pianeti e gas, ma la quantità osservata non bastava a spiegare i dati teorici ottenuti da simulazioni e misurazioni della luce residua del Big Bang.
La risposta è arrivata da un tipo di fenomeno celeste scoperto nel 2007: i fast radio bursts (FRB), impulsi brevissimi di onde radio provenienti da sorgenti molto lontane, della durata di appena qualche millisecondo. Questi lampi sembrano essere emessi da oggetti ancora misteriosi, forse stelle di neutroni con campi magnetici potentissimi. Il punto è che queste onde radio, viaggiando verso la Terra, attraversano lo spazio e interagiscono con la materia che incontrano. Questo ne rallenta la velocità e ne modifica la dispersione, un po’ come accade alla luce del sole quando passa attraverso un prisma e si scompone nei colori dell’arcobaleno.
Proprio analizzando la dispersione delle onde radio di 69 FRB — alcuni noti e altri scoperti appositamente durante lo studio — gli scienziati sono riusciti a “pesare” quanta materia c’era lungo il loro percorso. È come se questi impulsi radio fossero dei fari che illuminano la nebbia cosmica: più rallentano, più gas c’è tra noi e la loro sorgente. E così, è emersa la mappa invisibile dell’universo. Il risultato? Il 76% della materia ordinaria si trova sotto forma di gas caldo e rarefatto nello spazio tra le galassie, detto “mezzo intergalattico”. Un altro 15% è racchiuso in enormi “aloni” di gas che circondano le galassie. Solo il 9% si trova all’interno delle galassie stesse, nei pianeti, nelle stelle o nel gas freddo.
Per riuscire in questa impresa, gli astronomi hanno usato una rete di 110 radiotelescopi chiamata Deep Synoptic Array, situata in California, pensata proprio per individuare e localizzare gli FRB. Le distanze degli impulsi studiati variavano da circa 12 milioni a oltre 9 miliardi di anni luce dalla Terra: il più lontano, chiamato FRB 20230521B, è anche il più distante mai osservato. Ad affiancare il lavoro del Deep Synoptic Array, ci sono stati altri strumenti come il W.M. Keck Observatory alle Hawaii e il Palomar Observatory in California, oltre ad altri radiotelescopi in Australia.
Un dato cruciale è che questi impulsi devono essere brevi, improvvisi e nella gamma delle onde radio per permettere la misurazione del fenomeno fisico chiamato “dispersione del plasma”. Le sorgenti luminose continue (come le stelle) non permettono lo stesso tipo di rilevamento. È proprio questa caratteristica degli FRB a renderli strumenti ideali per misurare la materia invisibile.
Questa scoperta conferma previsioni già fatte tramite simulazioni, ma che finora non erano mai state provate con osservazioni dirette. Ora possiamo dire con certezza che la materia barionica era lì, solo nascosta in un’immensa rete di gas caldo e poco denso che forma la cosiddetta ragnatela cosmica, la struttura su cui si distribuisce la materia nell’universo. Questa rete invisibile, fatta in gran parte di materia oscura, è il vero “scheletro” del cosmo, e ora abbiamo un modo per tracciarla con sempre più precisione.
