Credits: UCR/Mohamed Abdullah

Introduzione

Uno degli obiettivi principali della cosmologia è quello di misurare con precisione la quantità totale di materia nell’universo, un esercizio scoraggiante anche per i più esperti di matematica. Un team guidato da scienziati dell’Università della California, Riverside, ha fatto proprio questo.

La ricerca è stata pubblicata su Astrophysical Journal.

La tacnica per calcolare la materia dell’unvierso

Il team ha stabilito che la materia costituisce il 31% della quantità totale di materia ed energia nell’universo, mentre il resto è costituito da energia oscura.

Mohamed Abdullah

Per contestualizzare questa quantità di materia, potremmo dire che se tutta la materia dell’universo fosse distribuita uniformemente nello spazio, corrisponderebbe a una densità di massa media pari a soli sei atomi di idrogeno per metro cubo“, ha detto il primo autore Mohamed Abdullah, Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’UCR. “Tuttavia, poiché sappiamo che l’80% della materia è verosimilmente materia oscura, in realtà, la maggior parte di questa materia non è costituita da atomi di idrogeno, ma piuttosto da un tipo di materia che i cosmologi non capiscono ancora“.

Abdullah ha spiegato che una tecnica ben collaudata per determinare la quantità totale di materia nell’universo è quella di confrontare il numero e la massa osservati degli ammassi di galassie per unità di volume con le previsioni delle simulazioni numeriche. Poiché gli attuali ammassi di galassie si sono formati a partire da materia che è collassata per miliardi di anni sotto la sua stessa gravità, il numero di ammassi osservati al momento attuale è molto sensibile alle condizioni cosmologiche e, in particolare, alla quantità totale di materia.

Una percentuale più alta di materia darebbe luogo ad un numero maggiore di ammassi“, ha detto Abdullah. “La sfida ‘Riccioli d’oro’ per il nostro team è stata quella di misurare il numero di cluster e poi determinare quale risposta fosse ‘giusta’. Ma è difficile misurare la massa di qualsiasi ammasso di galassie in modo accurato perché la maggior parte della materia è oscura, quindi non possiamo vederla con i telescopi“.

Il GalWeight

Per superare questa difficoltà, il team di astronomi guidato dall’UCR ha sviluppato per la prima volta “GalWeight“, uno strumento cosmologico per misurare la massa di un ammasso di galassie utilizzando le orbite delle galassie che ne fanno parte. I ricercatori hanno poi applicato il loro strumento alle osservazioni dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS) per creare “GalWCat19“, un catalogo di ammassi di galassie disponibile al pubblico. Infine, hanno confrontato il numero di ammassi nel loro nuovo catalogo con le simulazioni per determinare la quantità totale di materia nell’universo.

Gillian Wilson

Siamo riusciti ad effettuare una delle misurazioni più precise mai effettuate con la tecnica degli ammassi di galassie“, ha detto la coautrice Gillian Wilson, docente di fisica e astronomia all’UCR nel cui laboratorio lavora Abdullah. “Inoltre, questo è il primo uso della tecnica dell’orbita della galassia che ha ottenuto un valore in accordo con quelli ottenuti da squadre che hanno usato tecniche diverse come anisotropie di fondo cosmico a microonde, oscillazioni acustiche barioniche, supernove di tipo Ia, o lenti gravitazionali“.

Un enorme vantaggio dell’utilizzo della nostra tecnica di orbita della galassia GalWeight è stato che il nostro team è stato in grado di determinare individualmente una massa per ogni ammasso piuttosto che affidarsi a metodi statistici più indiretti“, ha detto il terzo coautore Anatoly Klypin, esperto in simulazioni numeriche e cosmologia.

Credits: UCR/Mohamed Abdullah

Combinando le loro misurazioni con quelle delle altre squadre che hanno utilizzato tecniche diverse, il team guidato da UCR è stato in grado di determinare un valore combinato ottimale, concludendo che la materia costituisce il 31,5±1,3% della quantità totale di materia ed energia nell’universo.

Lo studio è stato sostenuto da sovvenzioni della National Science Foundation e della NASA.

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