L'eccezionale individuazione di una coppia di quasar ha consentito di studiare la strututra a piccola scala della nebbia d'idrogeno che permea lo spazio vuoto intergalattico lasciata dal big bang. I risultati sono in ottimo accordo con gli attuali modelli della struttura a grande scala di questo idrogeno diffuso, noto come web cosmico(red)

Simulazione al supercomputer della struttura del web cosmico ( Credit: J. Onorbe / MPIA)

Stelle, galassie, ammassi e superammassi di galassie: è questa l'organizzazione gerarchica della materia visibile dell'universo alle diverse scale. Nelle ampie zone tra le galassie c’è solo una diffusa nebbia d’idrogeno lasciato dal big bang, con una densità di un solo atomo per metro cubo. Alle scale più ampie, questo materiale è organizzato in un vasto network di strutture filamentose, denominato web cosmico, che si estende per miliardi di anni luce e rende conto della maggioranza di atomi dell’universo.Un gruppo di astronomi ha ottenuto le prime misure delle variazioni di densità su piccola scala di questo idrogeno, riportate in un articolo apparso sulla rivista “Science” , a prima firma di Alberto Rorai, ricercatore italiano all'Università di Cambridge, in Regno Unito. Gli autori hanno ottenuto questo eccezionale risultato grazie a una fortuita “coincidenza cosmica”: l'identificazione di coppie di quasar, lontanissime sorgenti di radiazione prodotte da brevi fasi di iperluminosità delle galassie, generate dalla materia che si riscalda fortemente cadendo verso i buchi neri supermassicci che si trova nei nuclei galattici.La radiazione di un quasar è utile in astronomia perché si comporta come un faro cosmico, permettendo di studiare gli atomi che si trovano tra il quasar stesso e la Terra. Il gas intergalattico, infatti, non emette luce, ma assorbe in modo selettivo la radiazione che proviene da più lontano: ogni elemento ha una propria firma spettroscopica di assorbimento.L'inconveniente principale di questo metodo sperimentale è che l'iperluminosità non dura che una minuscola frazione del tempo di vita della galassia: i quasar sono dunque rari e tipicamente separati l’unodall’altro da centinaia di milioni di anni luce.Per studiare il web cosmico, gli autori hanno sfruttato una fortuita coincidenza cosmica, e cioè l'identificazione di rare coppie di quasar, ottenuta applicando ad ampi monitoraggi del cielo alcuni complessi algoritmi derivati dal campo dell'intelligenza artificiale chiamato apprendimento automatico. La presenza contemporanea di più quasar ha offerto l'opportunità di rilevare sottili differenze nell’assorbimento di radiazione da parte degli atomi intergalattici lungo differenti direzioni di osservazione.Le regioni di web cosmico studiate si trovano a circa 11 miliardi di anni luce di distanza da noi. Nonostante ciò, gli autori sono riusciti a misurare variazioni della sua struttura su una scala 100.000 volte più piccole, paragonabili alla dimensione di una singola galassia.Gli astronomi hanno confrontato le misurazioni ottenute con i modelli che simulano la formazione delle strutture cosmiche dal big bang fino all'epoca attuale. Per avere un'idea della potenza di calcolo in gioco in questo tipo di analisi, gli autori sottolineano di aver impiegato alcune settimane di calcolo su un supercomputer per operazioni che avrebbero richiesto 1000 anni su un comune personal computer.I dati raccolti sono risultati in ottimo accordo con gli attuali modelli che descrivono la struttura e la composizione del web cosmico.“Per trovarli, abbiamo combinato immagini di miliardi di oggetti celesti, milioni di volte più deboli di ciò che possiamo vedere a occhio nudo”, ha commentato Joseph Hennawi dell'Università della California a Santa Barbara, uno degli autori della ricerca. “Uno dei motivi per cui queste piccole fluttuazioni su piccola scala sono così interessanti è che racchiudono l’informazione circa la temperatura del gas nel web cosmico solo alcuni miliardi dopo il big bang”.