Quando osserviamo il cielo con un telescopio, l'Universo appare come un tripudio di oggetti spettacolari: galassie a miliardi, ciascuna popolata da centinaia di miliardi di stelle, spesso con un enorme buco nero al centro e interi sistemi planetari in orbita. A prima vista, sembrerebbe naturale pensare che tutta — o quasi — la materia dell'universo sia concentrata proprio lì, in questi colossi cosmici.
E invece no. Secondo la teoria del Big Bang, solo circa il 5% del contenuto totale dell'Universo è costituito da materia ordinaria, quella fatta di atomi composti da protoni, neutroni ed elettroni, quella cioè che vediamo o possiamo vedere. Ma qui nasce un enigma che ha impegnato gli astronomi per decenni: le stelle e le galassie visibili ne contengono solo una piccola frazione.. Dove si nasconde il resto? La risposta più plausibile, frutto di anni di studi, conduce lontano dagli oggetti luminosi, nello spazio oscuro che separa le galassie. Uno spazio che, sebbene venga spesso definito "vuoto", vuoto non è affatto. Atomi ed elettroni sono sparsi in una gigantesca struttura filamentosa che attraversa il cosmo: la cosiddetta "rete cosmica".
«Nel corso della mia carriera di astronomo ho studiato proprio questa rete, e so bene quanto sia difficile individuare e misurare una materia così rarefatta. Eppure, un nuovo studio pubblicato in questi mesi è riuscito finalmente a completare il censimento della materia ordinaria nell'Universo, grazie a un metodo di osservazione innovativo», spiega Chris Impey, professore di astronomia presso l'Università dell'Arizona.. Un censimento difficile. Il punto di partenza più ovvio per cercare la materia ordinaria sono le stelle. La gravità le raccoglie in galassie e le galassie possono essere contate nell'Universo osservabile: si stima che siano diverse centinaia di miliardi. Ogni galassia contiene a sua volta centinaia di miliardi di stelle, anche se molte vagano isolate, al di fuori delle strutture galattiche.
Nel complesso, gli astronomi stimano che nell'Universo esistano circa 10²³ stelle — centinaia di volte più dei granelli di sabbia su tutte le spiagge della Terra — e circa 10⁸² atomi. Numeri impressionanti, ma comunque insufficienti. Calcoli accurati mostrano che le stelle racchiudono appena lo 0,5% della materia dell'universo. Il resto della materia ordinaria — non materia oscura o energia oscura — deve quindi trovarsi altrove. Inoltre, solo lo 0,03% della materia è costituito da elementi più pesanti di idrogeno ed elio, come il carbonio e gli altri elementi fondamentali per la vita.. Il gas invisibile tra le galassie. «Il principale deposito mancante è il mezzo intergalattico, lo spazio che separa una galassia dall'altra», continua Impey. Qui la densità è estremamente bassa: in media un atomo per metro cubo, meno di un miliardesimo di miliardesimo della densità dell'aria terrestre. Ma dato che l'universo osservabile si estende per 92 miliardi di anni luce, anche una densità così minima corrisponde a una quantità enorme di materia.
Questo gas è però molto caldo — raggiunge temperature di milioni di gradi — e per questo emette soprattutto raggi X. Osservarlo è difficile: i telescopi a raggi X sono meno sensibili e più piccoli rispetto a quelli ottici, rendendo il censimento incompleto.. I lampi radio come nuove "sonde cosmiche". La svolta è arrivata grazie ai lampi radio veloci (Fast Radio Bursts, FRB): brevi ma potentissime esplosioni di onde radio che, in appena un millisecondo, possono emettere l'energia che il Sole produce in tre giorni. Scoperti nel 2007, oggi sappiamo che provengono da galassie lontane e sono probabilmente generati da magnetar, stelle di neutroni ultracompatte con campi magnetici incredibilmente intensi.
Quando un lampo radio attraversa lo spazio intergalattico, interagisce con gli elettroni presenti nel gas caldo. Le onde radio a lunghezza maggiore vengono rallentate più di quelle più corte, producendo una dispersione del segnale simile a quella di un prisma che scompone la luce in un arcobaleno. Misurando questa dispersione, gli astronomi possono calcolare quanta materia il segnale ha incontrato lungo il suo percorso.. Il puzzle ricomposto. In uno studio, un gruppo del Caltech e dell'Harvard Center for Astrophysics ha analizzato 69 lampi radio veloci utilizzando una rete di 110 radiotelescopi in California.
Il risultato è stato decisivo: il 76% della materia ordinaria dell'universo si trova nello spazio tra le galassie, il 15% risiede negli aloni galattici, le regioni che circondano le galassie e solo il 9% è concentrato nelle stelle e nel gas freddo all'interno delle galassie. Questo censimento rappresenta una conferma della teoria del Big Bang, che prevede con precisione la quantità di materia ordinaria prodotta nei primi minuti di vita dell'universo.. Uno sguardo oltre. Oggi vengono osservati migliaia di lampi radio veloci, e le future reti di radiotelescopi potrebbero arrivare a scoprirne 10.000 all'anno. Con campioni così vasti, questi eventi diventeranno strumenti potentissimi per la cosmologia, permettendo non solo di contare gli atomi, ma anche di mappare in tre dimensioni la rete cosmica. Un grande mistero, dunque, è stato risolto: ora sappiamo dove si trova quasi tutta la materia ordinaria dell'Universo.. Il quadro cosmico resta incompleto. La maggior parte del contenuto dell'Universo è composta da materia oscura ed energia oscura, entità ancora largamente sconosciute. La materia oscura, in particolare, supera quella ordinaria di oltre cinque volte e si manifesta solo attraverso i suoi effetti gravitazionali, come le lenti gravitazionali che deformano e amplificano la luce delle galassie lontane. Un enigma si è chiarito, ma quello più grande resta aperto. Almeno, però, oggi conosciamo molto meglio il destino degli atomi "normali": quelli che compongono le stelle, la Terra e noi stessi..
