Nello scenario cosmologico oggi prevalente, solo una piccola percentuale dell’Universo è costituita da materia “normale”, tecnicamente chiamata barionica, quella di cui tutti noi, così come le stelle e i pianeti, siamo fatti. Ma non è tutto: circa il 50% di questa materia che era presente nelle prime fasi di vita dell’universo, manca all’appello nell’universo a noi più vicino. Questo problema dei “barioni mancanti” è una delle grandi questioni aperte della cosmologia moderna.
Il candidato principale per spiegare questa discrepanza è il mezzo intergalattico diffuso (“warm-hot intergalactic medium” o WHIM), il gas che riempie la rete di filamenti di materia oscura in cui risiedono le grandi strutture (galassie e ammassi di galassie) dell’Universo.
A causa della bassissima densità è molto difficile osservare direttamente l’emissione di questo mezzo diffuso. Le possibilità di rivelarlo aumentano se questo gas è compresso e scaldato, come ci aspettiamo avvenga nelle regioni che separano coppie di ammassi di galassie.
Gli astronomi della collaborazione PLANCK hanno sfruttato quest’idea per cercare tracce del WHIM. Benché lo scopo principale del satellite PLANCK sia lo studio dell’Universo primordiale tramite l’osservazione della radiazione cosmica di fondo, esso può osservare anche altri oggetti celesti. In particolare, il gas presente negli ammassi di galassie, i giganti del cosmo formati da centinaia o migliaia di galassie, causa una piccola, ma ben riconoscibile, distorsione nella radiazione cosmica di fondo che li attraversa. Questa distorsione, nota come effetto Sunyaev-Zeldovich o SZ, dal nome dei due scienziati che l’hanno prevista all’inizio degli anni ‘70, dovrebbe essere prodotta anche dal WHIM e resa più visibile se esso è compresso e scaldato dall’enorme energia rilasciata dallo scontro di due ammassi di galassie.
Con questo scopo, gli scienziati hanno analizzato il catalogo di ammassi di galassie rivelati da PLANCK selezionando coppie di oggetti, sufficientemente vicini tra loro per poter osservare gli effetti della loro interazione sul mezzo diffuso ma allo stesso tempo sufficientemente separati nel cielo per essere risolti dallo strumento come oggetti singoli.
PLANCK ha mostrato la presenza di un “ponte” di gas, lungo circa dieci milioni di anni luce, che collega gli ammassi Abell 401 e Abell 399, fornendo la prima “detection” di gas diffuso all’esterno degli ammassi di galassie tramite l’effetto SZ.
Il mezzo diffuso e caldo tra questi due ammassi produce anche una debole emissione nei raggi X, le cui tracce erano state osservate circa una decina di anni fa dal satellite per astronomia X, XMM-Newton, al limite delle capacità dello strumento. Gli scienziati di PLANCK hanno sfruttato l’emissione X di questa struttura, combinando i loro dati con quelli di archivio del satellite tedesco ROSAT (il più sensibile finora a emissione X di bassa brillanza superficiale) per misurare la temperatura del gas nel ponte, che risulta essere più elevata di quanto aspettato e paragonabile a quella dei due ammassi: circa 80 milioni di gradi.
L’origine del gas nel “ponte” tra Abell 399 e Abell 401 è però ancora dibattuta: potrebbe trattarsi di WHIM scaldato a così alte temperature dagli effetti dell’interazione ma anche di gas che in precedenza si trovava all’interno degli ammassi, così come di una miscela dei due. Ulteriori analisi di questo e di altri promettenti candidati saranno necessarie per distinguere tra queste ipotesi.
Quest’osservazione conferma l’abilità di PLANCK, già testimoniata da diversi lavori, nell’osservare il gas diffuso degli ammassi di galassie anche nelle regioni di più bassa brillanza superficiale, fino ai loro estremi e oltre.
I due ammassi di galassie Abell 399 (in basso) e Abell 401 (in alto a sinistra). L’immagine del gas diffuso ottenuta da PLANCK tramite l’effetto Sunyaev-Zeldovich è mostrata in arancione sovrapposta all’immagine ottica dei singoli ammassi di galassie, ottenuta con telescopi da Terra.
Credit: Effetto SZ (arancio): ESA & PLANCK Collaboration; immagine ottica: STScI Digitized Sky Survey
Immagine del gas diffuso (in arancione) ottenuta da PLANCK sovrapposta all’immagine dei singoli ammassi ottica ottenuta con telescopi da Terra. L’immagine è confrontata con la luna piena per mostrare le dimensioni del “ponte” nel cielo.
Credit: Effetto SZ (arancio): ESA & PLANCK Collaboration; immagine ottica: STScI Digitized Sky Survey
