Le galassie non stanno ferme. Oltre ad allontanarsi l'una dall'altra per l'espansione dell'universo, si muovono le une verso le altre sotto l'effetto della gravità, formando ammassi, filamenti e vuoti. Negli ultimi anni un gruppo internazionale di ricercatori ha completato Cosmicflows-4, uno dei più grandi cataloghi mai realizzati delle distanze e dei movimenti delle galassie. Uno strumento che permette di ricostruire come la materia si muove nel nostro quartiere cosmico.
Distanze e velocità
Per capire come si muove una galassia servono due informazioni: la sua velocità lungo la linea di vista e la sua distanza. La velocità si misura facilmente con lo spettro della luce: se la galassia si allontana, le righe dello spettro si spostano verso il rosso. Questo spostamento, chiamato redshift, è dovuto in gran parte all'espansione dell'universo, scoperta negli anni Venti da Edwin Hubble.
La distanza è molto più difficile da misurare, ed è qui che si nasconde l'informazione più preziosa. Conoscendo la distanza, si può calcolare quanta parte della velocità è dovuta all'espansione e quanta al moto proprio della galassia, cioè al movimento causato dall'attrazione delle masse vicine. Queste velocità "in eccesso", chiamate velocità peculiari, sono una specie di mappa della gravità.
Come si misura la distanza di una galassia
Gli astronomi usano una serie di metodi, ciascuno valido su distanze diverse, che formano la cosiddetta scala delle distanze cosmiche. Per le galassie vicine si usano stelle particolari di cui si conosce la luminosità reale, come le Cefeidi, stelle variabili che pulsano con un periodo legato alla loro luminosità. Più lontano si usano le supernove di tipo Ia, esplosioni che raggiungono sempre più o meno la stessa luminosità massima.
Per le decine di migliaia di galassie del catalogo si usano soprattutto relazioni statistiche. La più importante è la relazione di Tully-Fisher, che lega la velocità di rotazione di una galassia a spirale alla sua luminosità totale: più una galassia ruota velocemente, più è massiccia e luminosa. Misurando la rotazione, per esempio dalla larghezza della riga radio a 21 centimetri dell'idrogeno, si ricava la luminosità reale e quindi la distanza. Per le galassie ellittiche si usa un metodo simile, il cosiddetto piano fondamentale.
Il catalogo Cosmicflows
Il progetto Cosmicflows è guidato da un gruppo internazionale di cui fanno parte R. Brent Tully, dell'Università delle Hawaii, uno degli ideatori della relazione di Tully-Fisher, e Hélène Courtois, dell'Università di Lione. Negli anni il catalogo è cresciuto: dalle circa 8.000 galassie della seconda edizione alle quasi 18.000 della terza, fino alla quarta, pubblicata nel 2023, che riporta le distanze di decine di migliaia di galassie, fino a circa un miliardo di anni luce.
Combinando dati raccolti con diversi telescopi e metodi, i ricercatori hanno potuto ricostruire il campo di velocità dell'universo locale: dove si dirige la materia, dove si concentra, dove si svuota.
Laniakea, la nostra casa
Una delle scoperte più famose del progetto risale al 2014, basata sulla versione precedente del catalogo. Analizzando i movimenti di migliaia di galassie, i ricercatori hanno individuato i confini di una struttura enorme, un superammasso di galassie di cui fa parte anche la Via Lattea. L'hanno chiamato Laniakea, che in lingua hawaiana significa "cielo immenso".
Laniakea si estende per circa 500 milioni di anni luce e contiene circa centomila galassie. È definito come la regione in cui tutte le galassie "scorrono" verso uno stesso punto di attrazione, un po' come i fiumi di un bacino idrografico scorrono verso lo stesso mare. Il punto verso cui si dirigono è una zona chiamata Grande Attrattore, nascosta dietro il piano della Via Lattea, dove si trovano grandi concentrazioni di galassie.
La mappa della materia oscura
Il valore di questi cataloghi è che permettono di "vedere" la materia oscura. Le galassie si muovono in risposta alla gravità di tutta la materia, visibile e invisibile. Ricostruendo il campo delle velocità si può quindi ricostruire dove si trova la massa, anche dove non ci sono stelle. Le mappe tridimensionali mostrano una ragnatela cosmica di filamenti, nodi e vuoti, in accordo con il modello cosmologico standard, secondo cui circa l'85% della materia è oscura. Anche la massa della nostra galassia è dominata dalla materia oscura, come spiega l'articolo su quanto pesa la Via Lattea.
I cataloghi servono anche a misurare la costante di Hubble, il ritmo di espansione dell'universo, oggi al centro di un dibattito: le misure basate sull'universo vicino danno valori diversi da quelle basate sulla radiazione cosmica di fondo, e nessuno sa ancora perché.
Una mappa sempre più grande
Le prossime generazioni di telescopi e survey, come l'Osservatorio Vera Rubin e i grandi radiotelescopi come lo Square Kilometre Array, permetteranno di estendere queste mappe a milioni di galassie. Tra le strutture già note ci sono galassie sorprendenti, come il disco di Wolfe, una galassia a spirale formata quando l'universo era giovanissimo.
Per approfondire si può consultare la voce Laniakea Supercluster su Wikipedia in inglese. Altri articoli si trovano nella sezione Astronomia.
