Cosa c'è tra le galassie?

Le persone spesso pensano allo spazio come "vuoto" o "vuoto", il che significa che non c'è assolutamente nulla lì. Il termine "vuoto dello spazio" si riferisce spesso a quel vuoto. Tuttavia, si scopre che lo spazio tra i pianeti è effettivamente occupato da asteroidi e comete e polvere spaziale. I vuoti tra le stelle nella nostra galassia possono essere riempiti con tenue nuvole di gas e altre molecole. Ma che dire delle regioni tra le galassie? Sono vuoti o hanno "roba" in loro?

La risposta che tutti si aspettano, "un vuoto vuoto", non è neanche vera. Proprio come il resto dello spazio contiene alcune "cose", così anche lo spazio intergalattico. In effetti, la parola "vuoto" è ora normalmente utilizzata per regioni giganti in cui NON esistono galassie, ma apparentemente contengono ancora qualche tipo di materia.

Cosa c'è tra la nostra galassia e altre nell'universo, come il Sombrero, mostrato qui in una vista del telescopio spaziale Hubble ?. NASA / STScI

Quindi, cos'è IS tra le galassie? In alcuni casi, ci sono nuvole di gas caldo emesse mentre le galassie interagiscono e si scontrano. Quel materiale viene "strappato via" dalle galassie dalla forza di gravità e abbastanza spesso si scontra con altro materiale. Questo emette radiazioni chiamate raggi X e può essere rilevato con strumenti come l'osservatorio a raggi X Chandra. Ma non tutto tra le galassie è caldo. Alcuni di questi sono abbastanza deboli e difficili da rilevare, e sono spesso considerati gas freddi e polvere.

Trovare materia debole tra le galassie

Grazie alle immagini e ai dati acquisiti con uno strumento specializzato chiamato Cosmic Web Imager presso l'Osservatorio Palomar sul telescopio Hale da 200 pollici, gli astronomi ora sanno che c'è molto materiale nei vasti tratti di spazio attorno alle galassie. Lo chiamano "materia oscura" perché non è luminoso come le stelle o le nebulose, ma non è così buio che non può essere rilevato. Il Cosmic Web Imager l (insieme ad altri strumenti nello spazio) cerca questa materia nel mezzo intergalattico (IGM) e nei grafici in cui è più abbondante e dove non lo è.

Osservando il mezzo intergalattico 

In che modo gli astronomi "vedono" cosa c'è là fuori? Le regioni tra le galassie sono scure, ovviamente, poiché ci sono poche o nessuna stella là fuori per illuminare l'oscurità. Ciò rende queste regioni difficili da studiare alla luce ottica (la luce che vediamo con i nostri occhi). Quindi, gli astronomi osservano la luce che scorre attraverso i raggi intergalattici e studiano come è influenzata dal suo viaggio.

Cosmic Web Imager, ad esempio, è specificamente attrezzato per osservare la luce proveniente da galassie e quasar distanti mentre fluisce attraverso questo mezzo intergalattico. Mentre quella luce attraversa, parte di essa viene assorbita dai gas nell'IGM. Questi assorbimenti si presentano come linee nere "a barre" negli spettri prodotti dall'Imager. Dicono agli astronomi la composizione dei gas "là fuori". Alcuni gas assorbono determinate lunghezze d'onda, quindi se il "grafico" mostra delle lacune in determinati punti, ciò indica loro quali gas esistono là fuori che stanno assorbendo.

È interessante notare che raccontano anche una storia di condizioni nell'universo primordiale, degli oggetti che esistevano allora e di ciò che stavano facendo. Gli spettri possono rivelare la formazione stellare, il flusso di gas da una regione all'altra, la morte delle stelle, la velocità con cui gli oggetti si muovono, le loro temperature e molto altro. Imager "scatta foto" dell'IGM e di oggetti distanti, a diverse lunghezze d'onda. Non solo consente agli astronomi di vedere questi oggetti, ma possono usare i dati che ottengono per conoscere la composizione, la massa e la velocità di un oggetto distante.

Sondare la rete cosmica

Gli astronomi sono interessati alla "rete" cosmica di materiale che scorre tra galassie e ammassi. Chiedono da dove viene, dove è diretto, quanto è caldo e quanto c'è.

Cercano principalmente idrogeno poiché è l'elemento principale nello spazio ed emette luce a una lunghezza d'onda ultravioletta specifica chiamata Lyman-alpha. L'atmosfera terrestre blocca la luce alle lunghezze d'onda ultraviolette, quindi il Lyman-alfa è più facilmente osservabile dallo spazio. Ciò significa che la maggior parte degli strumenti che la osservano sono al di sopra dell'atmosfera terrestre. Sono a bordo di mongolfiere ad alta quota o su veicoli spaziali in orbita. Ma, la luce dall'universo molto distante che viaggia attraverso l'IGM ha le sue lunghezze d'onda allungate dall'espansione dell'universo; cioè, la luce arriva "spostata in rosso", il che consente agli astronomi di rilevare l'impronta digitale del segnale Lyman-alpha nella luce che attraversano il Cosmic Web Imager e altri strumenti terrestri.

Le galassie più distanti raccontano le condizioni nell'universo distante, all'inizio della storia cosmica. NASA, ESA, R. Windhorst (Arizona State University) e H. Yan (Spitzer Science Center, Caltech)

Gli astronomi si sono concentrati sulla luce proveniente da oggetti attivi da quando la galassia aveva solo 2 miliardi di anni. In termini cosmici, è come guardare l'universo quando era un bambino. A quel tempo, le prime galassie erano in fiamme con la formazione stellare. Alcune galassie stavano appena iniziando a formarsi, scontrandosi tra loro per creare città stellari sempre più grandi. Molte "chiazze" là fuori risultano essere queste proto-galassie che stanno appena iniziando a riunirsi. Almeno uno che gli astronomi hanno studiato risulta essere piuttosto grande, tre volte più grande della Galassia della Via Lattea (che a sua volta ha un diametro di circa 100.000 anni luce). The Imager ha anche studiato quasar distanti, come quello mostrato sopra, per tenere traccia dei loro ambienti e attività. I quasar sono "motori" molto attivi nei cuori delle galassie. Probabilmente sono alimentati da buchi neri, che assorbono materiale surriscaldato che emette forti radiazioni mentre si avvolge a spirale nel buco nero. 

Duplicazione del successo

Lo studio delle cose intergalattiche continua a svolgersi in modo molto simile a un romanzo poliziesco. Ci sono molti indizi su cosa c'è là fuori, alcune prove certe per dimostrare l'esistenza di alcuni gas e polvere e molte più prove da raccogliere. Strumenti come il Cosmic Web Imager usano ciò che vedono per scoprire prove di eventi e oggetti lontani nella luce che fluisce dalle cose più distanti nell'universo. Il prossimo passo è seguire queste prove per capire esattamente cosa c'è nell'IGM e rilevare oggetti ancora più distanti la cui luce lo illuminerà. Questa è una parte importante nel determinare cosa è successo nell'universo primordiale, miliardi di anni prima che il nostro pianeta e la nostra stella esistessero.