Svelare uno dei segreti meglio custoditi dell’universo
Sappiamo che l’universo è composto da particelle subatomiche pesanti chiamate barioni. Pianeti, comete, asteroidi, stelle, buchi neri: sono tutti composti da materia barionica. Ma ciò che astrofisici e cosmologi non riescono a capire è dove si trovino i barioni. «Pur sapendo che sono là fuori, non siamo semplicemente riusciti a trovarli», afferma Nabila Aghanim, astrofisica e cosmologa presso l’Istituto di Astrofisica Spaziale, parte del Centro nazionale per la ricerca scientifica e dell’Università di Paris-Saclay. Con il sostegno del progetto ByoPiC, finanziato dall’UE, Aghanim e il suo team si sono proposti di svelare uno dei segreti meglio custoditi dell’universo.
Combinare teoria dei grafi, apprendimento automatico e fisica statistica
Il primo passo in questo gioco cosmico a nascondino è stato quello di individuare i filamenti della rete cosmica. «Abbiamo subito scoperto che i metodi di rilevamento esistenti non erano in grado di gestire correttamente l’effettiva distribuzione delle galassie», spiega Aghanim. «Così, abbiamo deciso di non limitarci a utilizzare i metodi esistenti, ma di svilupparne anche di nostri.» Il risultato è T-ReX, un algoritmo che combina la teoria dei grafi, l’apprendimento automatico e i principi della fisica statistica. «A differenza di altri metodi, T-ReX può essere applicato direttamente alla distribuzione effettiva delle galassie», aggiunge Aghanim. La ricerca dei barioni nascosti richiedeva anche mappe del cielo. Dal momento che nulla rispondeva esattamente alle loro esigenze, i ricercatori del progetto, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca (CER), hanno preso ancora una volta in mano la situazione. In particolare, i ricercatori hanno costruito una nuova mappa di Planck Sunyaev-Zeldovich (SZ) per soddisfare i propri requisiti.
I barioni mancanti trovati nei filamenti della rete cosmica
Con algoritmi e mappe alla mano, i ricercatori hanno iniziato a perlustrare i cieli. Così, hanno trovato tracce dei barioni mancanti nei filamenti della rete cosmica, dove essi assumono la forma di gas ionizzato caldo o tiepido. La rete cosmica è composta da materia oscura, gas e galassie. Secondo Aghanim, questa scoperta ha rappresentato una svolta per la cosmologia e un momento decisivo per il progetto ByoPiC. «Fin dagli anni ’90, le simulazioni hanno mostrato che i barioni mancanti dovrebbero trovarsi negli ambienti a bassa densità della rete cosmica, come i filamenti», osserva Aghanim. «La nostra ricerca ha finalmente confermato questa ipotesi sostenuta da tempo.» Tra gli altri risultati di rilievo del progetto, ci sono la caratterizzazione delle proprietà dei filamenti nelle simulazioni numeriche e nuove intuizioni sull’impatto della rete cosmica sulle proprietà degli ammassi e dei gruppi di galassie. I ricercatori hanno anche svelato le informazioni cosmologiche presenti negli elementi della rete cosmica.
Correre rischi può portare a scoperte scientifiche rivoluzionarie
Aghanim afferma che era pronta a scommettere che la chiave per trovare i barioni mancanti dell’universo fosse la combinazione di dati complementari. La sovvenzione del CER le ha permesso di accettare questa scommessa. «È stato sicuramente un rischio, ma, come dimostrano le nostre scoperte rivoluzionarie, a volte è necessario correre dei rischi per andare oltre lo status quo», conclude Aghanim. Sulla base del lavoro rivoluzionario del progetto ByoPiC, Aghanim e il suo team stanno ora lavorando per espandere la loro ricerca in aree quali la determinazione della frazione di barioni mancanti presenti nelle più grandi strutture della rete cosmica. Stanno anche cercando di trasferire alcuni degli strumenti e delle tecnologie sviluppati durante il progetto per utilizzarli nelle immagini biomediche.
Parole chiave
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