La “ragnatela cosmica” della materia oscura che forma l’Universo fotografata da ricercatori di Milano-Bicocca

Un team di ricerca dell’Università di Milano-Bicocca ha ottenuto le prime immagini di un filamento cosmico che collega due galassie in fase di formazione, risalente a un’epoca in cui l’Universo aveva appena 2 miliardi di anni.

Grazie a uno studio condotto in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), gli scienziati sono riusciti a catturare immagini ad alta definizione di questa struttura cosmica. Utilizzando il Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), un avanzato spettrografo montato sul Very Large Telescope dell’European Southern Observatory in Cile, il team ha osservato una delle componenti fondamentali dell’Universo primordiale. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Astronomy nell’articolo “High-definition imaging of a filamentary connection between a close quasar pair at z=3”, apre nuove possibilità nello studio della materia oscura.

Sotto la guida dei professori Michele Fumagalli e Matteo Fossati, il gruppo di ricerca ha portato avanti una delle campagne osservative più dettagliate mai realizzate con MUSE, raccogliendo dati per centinaia di ore su una singola porzione di cielo.

La Materia Oscura e la Struttura dell’Universo

Secondo la cosmologia moderna, la materia oscura rappresenta circa il 90% della materia totale dell’Universo ed è responsabile della formazione e dell’evoluzione delle strutture cosmiche su larga scala. Michele Fumagalli spiega che, sotto l’influenza della gravità, la materia oscura crea una sorta di reticolo composto da filamenti, nei cui punti di intersezione si sviluppano le galassie più luminose. Questa rete cosmica funge da struttura portante per le formazioni visibili nell’Universo, consentendo al gas di fluire lungo i filamenti e alimentare la nascita di nuove stelle.

Per lungo tempo, l’osservazione di questa rete è stata impossibile a causa della scarsa luminosità del gas diffuso al suo interno, che risultava indistinguibile per gli strumenti astronomici disponibili fino a pochi anni fa. Tuttavia, grazie all’elevata sensibilità di MUSE, è stato possibile ottenere immagini dettagliate di questa complessa rete di materia oscura.

L’Immagine più Nitida Mai Ottenuta di un Filamento Cosmico

Lo studio, coordinato dal dottorando Davide Tornotti dell’Università di Milano-Bicocca, ha permesso di produrre l’immagine più dettagliata mai realizzata di un filamento cosmico, che si estende per circa 3 milioni di anni luce e collega due galassie, entrambe caratterizzate dalla presenza di un buco nero supermassiccio.

Analizzando la luce debole proveniente da questo filamento, che ha viaggiato per quasi 12 miliardi di anni prima di raggiungere la Terra, i ricercatori sono riusciti a ricostruirne la forma con estrema precisione e a distinguere per la prima volta il confine tra il gas contenuto nelle galassie e il materiale che compone la ragnatela cosmica. Inoltre, confrontando i dati osservativi con simulazioni realizzate tramite supercomputer, gli scienziati hanno riscontrato una forte coerenza tra le previsioni del modello cosmologico attuale e le nuove evidenze sperimentali.

Un Traguardo per la Ricerca Cosmologica

Valentina D’Odorico, ricercatrice dell’INAF e co-autrice dello studio, ricorda come, circa dieci anni fa, Michele Fumagalli le propose di partecipare alle osservazioni ultra-profonde con MUSE, sottolineando il potenziale scientifico del progetto. Negli anni successivi, il team ha pubblicato numerosi articoli basati sui dati raccolti, ma il risultato ottenuto con lo studio guidato da Tornotti rappresenta un punto culminante della ricerca. Questo studio non solo ha permesso di individuare le zone ad alta densità in cui si trovano i nuclei galattici attivi e il filamento che li unisce, ma ha anche confermato le previsioni delle simulazioni numeriche basate sul modello della materia oscura fredda, un concetto chiave nella teoria della formazione delle strutture cosmiche.

Il Sostegno alla Ricerca

Il progetto è stato finanziato dalla Fondazione Cariplo e dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del Progetto Dipartimenti di Eccellenza 2023-2027, promosso dal Bicocca Centre for Quantitative Cosmology (BiCoQ).

 

In copertina: immagine di un’ampia regione dell’universo come predetta da simulazioni basate sul modello cosmologico attuale e condotte con super computer. Nell’immagine osserviamo, in bianco, il tenue bagliore del gas presente nei filamenti cosmici che disegna una fitta trama cosmica. All’intersezione di questi filamenti, in rosso, è visibile il gas all’interno delle galassie, che dà vita a nuove stelle.  [Credito: Alejandro Benitez-Llambay/Università di Milano-Bicocca]