Pianeti e stelle, gas e polveri che si osservano nel cosmo. Ma anche tutta la materia con cui abbiamo a che fare tutti i giorni, compresa quella biologica, è costituita da atomi. Questi ultimi a loro volta sono composti da protoni, neutroni ed elettroni; protoni e neutroni, che costituiscono la stragrande maggioranza della massa della materia ordinaria, sono particelle subatomiche appartenenti all’ampia classe dei barioni, formati da tre quark.

I barioni finora erano al centro di un mistero che durava da decenni, perché il 30-40 per cento di queste particelle che ci si aspettava di osservare nel cosmo in realtà sfuggiva alle osservazioni.

Ora è stato scoperto che è proprio là dove gli astrofisici pensavano di trovarla, nei filamenti di gas ionizzato ad alta temperatura che collegano tra loro le galassie. Lo afferma su “Nature” un gruppo internazionale di ricerca guidato da Fabrizio Nicastro dell’Istituto nazionale di astrofisica di Roma, sulla base dell’analisi delle osservazioni compiute con il telescopio XMM-Newton dell’Agenzia spaziale europea, che osserva il cosmo nei raggi X.

L’origine del mistero era nelle misurazioni indirette che si possono effettuare sulla materia barionica nelle prime fasi della vita dell’universo. Da queste misurazioni è possibile stimare la materia barionica totale che dovremmo osservare ora, che è molto più grande di quella che si osserva effettivamente. Ma queste stesse misurazioni forniscono anche un suggerimento su dove possa trovarsi la parte di materia che manca all’appello: i barioni sfuggenti potrebbero costituire l’idrogeno ionizzato presente nel cosmo in lunghi filamenti, molto poco luminosi e quindi difficili da rilevare.

Le ricerche hanno avuto un deciso impulso con l’avvento dei telescopi in grado di osservare il cosmo in raggi X ad alta risoluzione. Gli ultimi due decenni di tentativi fatti con questi strumenti tuttavia hanno dato risultati non definitivi.

La svolta è arrivata quando i ricercatori di XMM-Newton hanno puntato il telescopio verso il quasar chiamato 1ES 1553+113. Combinando i dati ottenuti tra il 2015 e il 2017 con altri presenti in archivio, Nicastro e colleghi sono riusciti a ottenere la più lunga esposizione di sempre per una singola sorgente di questo tipo: tre settimane di osservazione continua.

I quasar sono le galassie più lontane a noi note, che emettono un’enorme quantità di energia. Proprio per queste caratteristiche, possono essere sfruttate per studiare ciò che la loro luce incontra nel lungo viaggio per arrivare fino a noi. E nel caso di XMM-Newton, le misurazioni spettroscopiche ad alta risoluzione hanno identificato in modo preciso i gas che assorbono la luce del quasar a lunghezze d’onda ben definite. Si tratta di enormi quantità di materia barionica in forma di gas ad alta temperatura, che, come lunghi filamenti, uniscono galassie distanti tra loro milioni di anni luce.

“Le nostre osservazioni, giunte dopo 18 anni di tentativi da parte di diversi gruppi di ricerca nel mondo, hanno finalmente individuato la materia ordinaria mancante dell’universo”, ha commentato Nicastro. “La materia che abbiamo trovato è esattamente nella posizione e nella quantità predette dalla teoria, quindi possiamo dire di aver risolto uno dei più grandi misteri dell’astrofisica moderna: quella dei barioni mancanti”.