Uno studio basato su dati del telescopio spaziale James Webb della Nasa ha fornito nuove informazioni sulla materia oscura con un livello di dettaglio senza precedenti, capace di mostrare con chiarezza il legame profondo tra la componente invisibile del cosmo e la materia ordinaria da cui nascono stelle, galassie e pianeti.
Lo studio non ha individuato solo gli ammassi più massicci di materia oscura, ma anche le strutture più deboli e sottili, come filamenti e nodi, che costituiscono l’impalcatura nascosta dell’universo.
La materia oscura rappresenta circa i cinque sesti di tutta la materia cosmica. Non emette, non riflette, non assorbe né blocca la luce e attraversa la materia ordinaria come un fantasma. L’unico modo in cui interagisce con il resto dell’Universo è attraverso la gravità. La nuova mappa è frutto di un’ampia collaborazione internazionale che include l’Università di Durham, il Jet Propulsion Laboratory (Jpl) della Nasa e l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Epfl). Prima autrice di questa ricerca è la ricercatrice italiana Diana Scognamiglio, postdoc al Jpl.
Indagando il Cosmos field
Il Webb ha osservato per 255 ore il Cosmos field, nella costellazione del Sestante, una porzione di cielo estesa come 2,5 Lune piene, identificando quasi 800mila galassie, molte delle quali mai rilevate prima. Grazie alla tecnica del weak gravitational lensing (“lente gravitazionale debole”), si è potuto osservare come la massa totale, visibile e invisibile, curva lo spazio-tempo e deforma la luce proveniente da galassie molto lontane.
La mappa della materia oscura è stata quindi ottenuta per sottrazione di quella delle galassie ordinarie. Questa mappa mostra come la materia oscura si distribuisca in filamenti, ammassi e nodi, delineando la cosiddetta “rete cosmica”. Queste strutture sono tracciate fino alle epoche in cui l’Universo era nel pieno del suo picco di formazione stellare, durante il cosiddetto cosmic noon, e appaiono coerenti con il principale modello cosmologico, che prevede che le galassie si formino in nodi densi tra i filamenti di materia oscura. Il risultato confermerebbe, dunque, l’idea che, nelle fasi iniziali della storia cosmica, la materia oscura si sia addensata per prima, attirando successivamente la materia ordinaria e creando i siti in cui hanno preso poi forma stelle e galassie.
Accelerando la formazione delle galassie e delle stelle rispetto a quanto sarebbe avvenuto in sua assenza, la materia oscura ha anche contribuito a creare le condizioni necessarie alla nascita dei pianeti. Senza questa impalcatura invisibile, forse non avremmo avuto nella Via Lattea gli elementi chimici che hanno reso possibile la comparsa della vita.
Un aspetto centrale dello studio è la forte sovrapposizione tra le mappe della materia oscura e quelle della materia luminosa. Secondo i ricercatori, questo allineamento è il risultato dell’azione gravitazionale della materia oscura nel corso di miliardi di anni. Ovunque si trovi la materia normale nell’Universo oggi, si trova anche la materia oscura. L’intera nube di materia oscura che circonda la Via Lattea ha una gravità sufficiente a tenere insieme l’intera Galassia.
E non finisce qui…
Questa mappa rappresenta un riferimento con cui calibrare e interpretare le future mappe su aree di cielo molto più grandi con l’obiettivo di comprendere meglio le proprietà fondamentali della materia oscura e verificare se la sua distribuzione sia cambiata nel corso della storia cosmica. I telescopi spaziali Euclid e Nancy Grace Roman applicheranno tecniche simili su porzioni enormi di cielo, permettendo studi statistici su milioni di galassie e test molto più stringenti dei modelli cosmologici. Il primo obiettivo sarà una mappatura tridimensionale ad altissima risoluzione della regione di cielo Cosmos field.
Nella figura di apertura, una porzione della mappa della materia oscura realizzata applicando le tecniche di lente gravitazionale ai dati raccolti dal telescopio Webb nel Cosmos field. I contorni sovrapposti indicano le regioni con uguale densità di materia oscura, evidenziando dove questa materia invisibile, qui rappresentata in blu, è maggiormente concentrata (Leroy/Cosmos-Webb Collaboration).
