Il telescopio spaziale James Webb continua a ridefinire il modo in cui l’umanità osserva il cosmo, offrendo uno sguardo sempre più preciso sulle sue componenti meno intuibili. Dopo le immagini di galassie lontanissime come MoM-z14, degli ammassi come MACS J1149 e della suggestiva nebulosa Elica, il grande osservatorio spaziale ora aggiunge un risultato che tocca il cuore della cosmologia moderna: una mappa ad alta risoluzione della materia oscura in una vasta regione del cielo.
Gli scienziati descrivono questo lavoro, presentato nello studio “An ultra-high-resolution map of (dark) matter”, come la mappatura più dettagliata finora realizzata della materia non visibile, ottenuta concentrando l’attenzione su una porzione di cielo nella costellazione del Sestante, estesa per circa 2,5 volte il diametro apparente della Luna piena.
All’interno del programma COSMIC Evolution Survey (COSMOS), il contributo del JWST affianca quello di altri osservatori e consente un confronto puntuale tra materia barionica e materia oscura, offrendo nuove indicazioni sulla struttura complessiva dell’Universo e sulla formazione delle grandi architetture cosmiche.
La nuova mappa della materia oscura firmata James Webb
Nel 2007 il telescopio spaziale Hubble aveva già tracciato una prima mappa della materia oscura in questa stessa regione, ma il nuovo lavoro del JWST spinge il livello di dettaglio molto oltre quanto ottenuto in passato. Il James Webb ha dedicato all’area COSMOS circa 255 ore di osservazione, suddivise in numerose sessioni, identificando all’incirca 800 mila galassie, fra cui oggetti che non risultavano catalogati prima di questa indagine.
L’obiettivo degli studiosi consiste nel mettere a confronto la posizione della materia visibile, che emette o riflette radiazione elettromagnetica, con quella della componente oscura, il cui effetto si manifesta attraverso la gravità.
La presenza della materia oscura non appare direttamente nelle immagini, ma emerge dal modo in cui la sua massa deforma lo spaziotempo, modificando leggermente il percorso della luce che arriva fino ai rivelatori del telescopio. Il risultato finale è una mappa ad altissima risoluzione, dove i ricercatori possono seguire l’andamento dei filamenti di materia e delle concentrazioni più compatte che tengono insieme gli ammassi di galassie.
Lensing gravitazionale e “impalcatura invisibile” dell’Universo
Per ottenere questo livello di dettaglio, il team ha utilizzato i dati dello strumento MIRI, sensibile al medio infrarosso, particolarmente adatto a individuare le deformazioni minime nella traiettoria della luce causate dalla massa distribuita lungo la linea di vista.
Il fenomeno osservato è il cosiddetto lensing gravitazionale debole, nel quale la gravità di grandi quantità di materia agisce come una lente che distorce in modo sottile le immagini delle galassie di sfondo. Analizzando statisticamente queste distorsioni su un campione vastissimo di sorgenti, gli scienziati ricostruiscono dove si concentra la materia oscura, ottenendo così una sorta di “negativo” della struttura gravitazionale dell’Universo.
Diana Scognamiglio, del Jet Propulsion Laboratory, ha spiegato che questa rappresenta la più grande mappa della materia oscura mai costruita con Webb e che la sua definizione risulta circa doppia rispetto alle mappe elaborate in passato da altri osservatori.
Secondo la ricercatrice, la capacità del JWST di cogliere dettagli finissimi consente ora di vedere con chiarezza quella che viene descritta come l’“impalcatura invisibile dell’Universo”, cioè l’ossatura di materia oscura sulla quale si è formata la materia barionica.
Materia oscura e materia barionica crescono insieme
Uno dei punti centrali dello studio rimane il rapporto fra materia oscura e materia barionica, cioè la materia ordinaria fatta di protoni, neutroni ed elettroni, che compone stelle, gas, pianeti e, in ultima analisi, la vita sulla Terra.
Poiché la materia oscura non emette né riflette luce, gli astronomi si affidano ai suoi effetti gravitazionali per ricostruirne la distribuzione e la confrontano con quella delle galassie visibili. La nuova mappa mostra aree nelle quali le due componenti risultano sovrapposte, con la gravità della materia oscura che concentra verso di sé la materia barionica, creando così gli addensamenti necessari alla nascita di galassie e ammassi.
Richard Massey, dell’Università di Durham, ha messo in evidenza come, dove emergono grandi ammassi di galassie, si trovi una quantità significativa di materia oscura, e la stessa corrispondenza si osservi nei sottili filamenti che collegano tra loro i principali agglomerati cosmici.
Il ricercatore sottolinea che la mappa non evidenzia soltanto una somiglianza nelle forme: secondo i dati, materia oscura e materia barionica si sono trovate negli stessi luoghi fin dalle prime fasi della storia dell’Universo e sono cresciute insieme, formando la trama che ha portato alla nascita di stelle, pianeti e sistemi in cui possono emergere condizioni favorevoli alla vita.
Verso mappe ancora più ampie con il telescopio Nancy Grace Roman
Il risultato ottenuto con James Webb rappresenta un passaggio importante nello studio della materia oscura, ma gli astronomi guardano già a osservatori pensati per coprire porzioni di cielo ancora più vaste.
Un ruolo chiave, in questo scenario, spetterà al telescopio spaziale Nancy Grace Roman (RST), che dovrà estendere questo tipo di mappatura su un’area enormemente più ampia rispetto alla regione COSMOS. Le stime indicano che il Roman potrà osservare una zona circa 4400 volte più estesa di quella investigata nello studio attuale, offrendo l’opportunità di seguire su scala cosmica il modo in cui la materia oscura ha guidato la crescita delle strutture.
Dati di questo tipo consentiranno di verificare con maggiore accuratezza i modelli che descrivono come l’Universo si è trasformato nel tempo, dalla distribuzione primordiale della materia fino alla formazione di galassie, ammassi e sistemi planetari.
In questo orizzonte di ricerca, la nuova mappa ottenuta dal telescopio spaziale James Webb appare come un’anticipazione di ciò che le future missioni potranno offrire per comprendere le origini cosmiche degli ambienti in cui, come nel caso della Terra, la vita riesce ad affermarsi.
