Gli astronomi usano la melma per mappare le più grandi strutture dell’universo


Mappa della Rete Cosmica generata dall’Algoritmo della melma.

Il comportamento di una delle più umili creature della natura e i dati d’archivio del telescopio spaziale Hubble aiutano gli astronomi a sondare le più grandi strutture dell’Universo.


L’organismo unicellulare noto come muffa viscida (Physarum polycephalum polycephalum) costruisce complesse reti filamentose simili a ragnatele alla ricerca del cibo, trovando sempre percorsi quasi ottimali per collegare diversi luoghi.

Nel plasmare l’Universo, la gravità costruisce una vasta struttura a ragnatela di filamenti che unisce galassie e ammassi di galassie lungo ponti invisibili di gas e materia oscura lunghi centinaia di milioni di anni luce. C’è una somiglianza inquietante tra le due reti, una creata dall’evoluzione biologica, l’altra dalla forza di gravità primordiale.

La rete cosmica è la spina dorsale su larga scala del cosmo, costituita principalmente da materia oscura e legata con gas, su cui si costruiscono le galassie. Anche se la materia oscura non può essere vista, essa costituisce il grosso della materia dell’Universo. Gli astronomi hanno avuto difficoltà a trovare questi inafferrabili filamenti, perché il gas al loro interno è troppo debole per essere rilevato.

L’esistenza di una struttura simile alla rete dell’Universo è stata accennata per la prima volta nelle indagini galattiche negli anni Ottanta. Da allora, la grande scala di questa struttura filamentosa è stata rivelata da successivi sondaggi nel cielo. I filamenti formano i confini tra i grandi vuoti dell’Universo. Ora un team di ricercatori si è rivolto alla melma per aiutarli a costruire una mappa dei filamenti dell’Universo locale (entro 100 milioni di anni luce dalla Terra) e a trovare il gas al loro interno.

Hanno progettato un algoritmo al computer, ispirato al comportamento della melma, e lo hanno testato con una simulazione al computer della crescita dei filamenti di materia oscura nell’Universo. Un algoritmo informatico è essenzialmente una ricetta che dice a un computer esattamente quali passi intraprendere per risolvere un problema.

I ricercatori hanno poi applicato l’algoritmo della melma a dati che contengono le posizioni di oltre 37000 galassie mappate dalla Sloan Digital Sky Survey. L’algoritmo ha prodotto una mappa tridimensionale della struttura del web cosmico sottostante.

La Rete Cosmica (immagine artistica). Nel plasmare l’Universo, la gravità costruisce una vasta struttura a ragnatela di filamenti che unisce galassie e ammassi di galassie lungo ponti invisibili lunghi centinaia di milioni di anni luce. Questa è conosciuta come la ragnatela cosmica.

Hanno poi analizzato la luce di 350 quasar lontani catalogati nell’Hubble Spectroscopic Legacy Archive. Queste torce cosmiche lontane sono i brillanti nuclei delle galassie attive, la cui luce brilla nello spazio e attraverso la rete cosmica in primo piano. Su quella luce è impressa la firma rivelatrice di un gas di idrogeno altrimenti invisibile che il team ha analizzato in punti specifici lungo i filamenti. Questi punti di destinazione sono lontani dalle galassie, il che ha permesso al team di ricerca di collegare il gas alla struttura su larga scala dell’Universo.

“E’ davvero affascinante che una delle forme di vita più semplici permetta effettivamente di comprendere le strutture a scala molto grande dell’Universo”, ha detto il ricercatore capo Joseph Burchett dell’Università della California (UC), U.S.A. “Usando la simulazione della forma di bava per trovare la posizione dei filamenti del web cosmico, compresi quelli lontani dalle galassie, potremmo poi usare i dati d’archivio del telescopio spaziale Hubble Telescope per rilevare e determinare la densità del gas freddo alla periferia di quei filamenti invisibili. Gli scienziati hanno rilevato le firme di questo gas per oltre mezzo secolo, e ora abbiamo dimostrato l’aspettativa teorica che questo gas comprende la rete cosmica”.

L’indagine convalida ulteriormente la ricerca che indica chiaramente che il gas intergalattico è organizzato in filamenti e rivela anche quanto sia lontano il gas rilevato dalle galassie. I membri del team sono stati sorpresi di trovare gas associati ai filamenti del web cosmico a più di 10 milioni di anni luce di distanza dalle galassie.

Ma non è stata l’unica sorpresa. Hanno anche scoperto che la firma ultravioletta del gas diventa più forte nelle regioni più dense dei filamenti, ma poi scompare. “Pensiamo che questa scoperta ci stia raccontando delle violente interazioni che le galassie hanno nelle tasche dense del mezzo intergalattico, dove il gas diventa troppo caldo per essere rilevato”, ha detto Burchett.

I ricercatori si sono rivolti alle simulazioni di muffe di melma quando cercavano un modo per visualizzare il collegamento teorizzato tra la struttura del reticolo cosmico e il gas freddo, rilevato in precedenti studi spettroscopici di Hubble.

Poi il membro del team Oskar Elek, un informatico della UC Santa Cruz, ha scoperto online il lavoro di Sage Jenson, un artista dei media con sede a Berlino. Tra le opere di Jenson c’erano delle visualizzazioni artistiche ipnotiche che mostravano la crescita di una rete di strutture simili a tentacoli di una melma che si muoveva da una fonte di cibo all’altra. L’arte di Jenson si basava su un lavoro scientifico del 2010 di Jeff Jones dell’Università dell’Ovest dell’Inghilterra a Bristol, che descriveva in dettaglio un algoritmo per simulare la crescita della melma.

Il team di ricerca si è ispirato a come la melma viscida costruisce filamenti complessi per catturare nuovi alimenti e come questa mappatura possa essere applicata a come la gravità plasma l’Universo, mentre la rete cosmica costruisce i filamenti tra le galassie e gli ammassi di galassie. Sulla base della simulazione delineata nell’articolo di Jones, Elek ha sviluppato un modello tridimensionale al computer dell’accumulo di melma per stimare la posizione della struttura filamentosa del reticolo cosmico.

Questa analisi del reticolo cosmico nell’Universo locale si combina anche con le osservazioni pubblicate lo scorso autunno sulla rivista Science of the Universe’s filamentary structure molto più lontano, a circa 12 miliardi di anni luce dalla Terra, vicino all’inizio dell’Universo. In quello studio, gli astronomi hanno analizzato la luce energetica di un giovane ammasso di galassie che illumina i filamenti di idrogeno gassoso che lo collegano.

L’articolo del team apparirà sul giornale Astrophysical Journal Letters.

Questo video porta lo spettatore in un viaggio attraverso il web cosmico. Nel plasmare l’Universo, la gravità costruisce una vasta struttura a ragnatela di filamenti che unisce galassie e ammassi di galassie lungo ponti invisibili lunghi centinaia di milioni di anni luce. Questa è conosciuta come la ragnatela cosmica.

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