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Misurata con precisione la quantità di materia nell’universo

Credit: Mohamed Abdullah, UC Riverside.

Uno dei principali obiettivi della cosmologia è misurare con precisione la quantità totale di materia nell’universo, un esercizio scoraggiante anche per i più esperti matematici.

Ora, ci ha provato un team guidato da scienziati dell’Università della California.

In un rapporto descritto sull’Astrophysical Journal, il team ha stabilito che la materia costituisce il 31% della quantità totale di materia ed energia nell’universo, con il resto costituito da energia oscura.

Per contestualizzare quella quantità di materia, se tutta la materia nell’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, uno studente laureato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’UCR.

Tuttavia, poiché sappiamo che l’80% della materia è in realtà materia oscura, la maggior parte di questa materia non è costituita da atomi di idrogeno, ma piuttosto da un tipo di materia che i cosmologi non comprendono ancora“.

Abdullah ha spiegato che una tecnica ben collaudata per determinare la quantità totale di materia nell’universo è confrontare il numero e la massa osservati di ammassi di galassie per unità di volume con le previsioni di simulazioni numeriche.

Poiché gli attuali ammassi di galassie si sono formati da materia che è collassata per miliardi di anni sotto la sua stessa gravità, il numero di ammassi osservati al momento è molto sensibile alle condizioni cosmologiche e, in particolare, alla quantità totale di materia.

Una percentuale più alta di materia si tradurrebbe in più ammassi“, ha detto Abdullah. “La sfida per il nostro team era misurare il numero di ammassi e quindi determinare quale risposta fosse giusta.

Ma è difficile misurare con precisione la massa di un ammasso di galassie perché la maggior parte della materia è scura, quindi non possiamo vederla con i telescopi“.

Per superare questa difficoltà, il team di astronomi guidato dall’UCR ha prima sviluppato “GalWeight“, uno strumento cosmologico per misurare la massa di un ammasso galattico utilizzando le orbite delle galassie che lo compongono.

I ricercatori hanno quindi 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 simulazioni per determinare la quantità totale di materia nell’universo.

Siamo riusciti a fare una delle misurazioni più precise mai effettuate utilizzando la tecnica degli ammassi di galassie“, ha detto il coautore Gillian Wilson, professore di fisica e astronomia presso l’UCR nel cui laboratorio lavora Abdullah.

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

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

Il documento di ricerca è intitolato “Cosmological Constraints on Ωm and σ8 from Cluster Abundances using the GalWCat19 Optical-Spectroscopic SDSS Catalog.

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Renato Sansone: Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013. Si occupa di cronaca scientifica dal 2011. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it
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