Mappare l'invisibile: il telescopio Webb della NASA rivela nuovi dettagli ad alta risoluzione sulla materia oscura

In uno studio fondamentale pubblicato il 26 gennaio 2026 nella rivista Nature Astronomy, un team internazionale di scienziati ha svelato una delle mappe della materia oscura più dettagliate e ad alta risoluzione mai prodotte. Sfruttando la sensibilità senza precedenti del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA, la ricerca offre uno sguardo trasformativo sul materiale "fantasma" invisibile che costituisce la stragrande maggioranza della massa dell'universo. Osservando come questa materia oscura si sovrappone e si intreccia con le galassie visibili, lo studio offre un nuovo livello di chiarezza riguardo all'impalcatura invisibile che detiene il controllo sulla struttura e sull'evoluzione del cosmo, dai più grandi ammassi di galassie fino alla formazione di sistemi come il nostro.

Comprendere il problema della materia oscura

Per decenni, la materia oscura è rimasta uno dei più significativi enigmi dell'astrofisica moderna. È definita come una sostanza che non emette, riflette o assorbe luce, il che la rende interamente invisibile ai telescopi tradizionali che si affidano allo spettro elettromagnetico. Nonostante la sua invisibilità, la materia oscura esercita una massiccia attrazione gravitazionale, agendo come il "collante gravitazionale" che impedisce alle galassie di disperdersi durante la loro rotazione. Senza la materia oscura, l'universo così come lo conosciamo — composto da stelle, pianeti e vita — mancherebbe dell'integrità strutturale necessaria per formarsi.

Prima dell'era del James Webb Space Telescope, mappare questa sostanza era una sfida caratterizzata da significativi limiti tecnologici. Sebbene i precedenti osservatori come l'Hubble Space Telescope avessero fornito intuizioni fondamentali, le mappe risultanti erano spesso descritte dai ricercatori come "sfocate" o a bassa risoluzione. L'incapacità di vedere la distribuzione granulare della materia oscura lasciava lacune nella nostra comprensione di come la materia ordinaria — la materia "barionica" che compone le stelle e gli esseri umani — venga diretta e modellata dalla materia oscura che la circonda.

Come il JWST vede l'invisibile

La svolta in questa ricerca risiede nella capacità del Webb di utilizzare un fenomeno noto come lensing gravitazionale. Poiché la materia oscura possiede una massa, essa deforma il tessuto dello spazio-tempo circostante. Quando la luce proveniente da galassie lontane sullo sfondo attraversa queste regioni deformate, si piega e si distorce, in modo simile alla luce che attraversa una lente d'ingrandimento. Misurando con precisione queste distorsioni nella luce di quasi 800.000 galassie, la Near-Infrared Camera (NIRCam) del Webb ha permesso agli scienziati di calcolare l'esatta posizione e densità della materia oscura che causa l'effetto.

La metodologia ha comportato l'elaborazione di immensi volumi di dati ad alta risoluzione provenienti dalla Cosmic Evolution Survey (COSMOS). "Questa è la più grande mappa della materia oscura che abbiamo realizzato con il Webb, ed è due volte più nitida di qualsiasi mappa della materia oscura realizzata da altri osservatori", ha dichiarato Diana Scognamiglio, astrofisica presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e autrice principale dello studio. La precisione tecnica del JWST consente il rilevamento di strutture di materia oscura molto più piccole di quanto fosse possibile in precedenza, portando per la prima volta a fuoco l'impalcatura invisibile dell'universo.

La mappa cosmica ad alta risoluzione

La mappa di nuova produzione copre una regione nella costellazione del Sestante, un'area del cielo circa 2,5 volte più grande della Luna piena. La visualizzazione descrive una rete complessa dove le regioni dense di materia oscura sono collegate da filamenti a bassa densità, creando ciò a cui gli astronomi si riferiscono come Rete Cosmica (Cosmic Web). Questa mappa conferma che la materia regolare, compresi i vasti ammassi di galassie, si trova direttamente all'interno dei "nodi" più densi di questa rete di materia oscura.

I dati rivelano una sorprendente sovrapposizione tra i filamenti di materia oscura e gli ammassi galattici visibili, rafforzando la teoria secondo cui la materia oscura agisce come il principale motore dell'architettura cosmica. Confrontando i dati del Webb del 2026 con i dati di Hubble del 2007 della stessa regione, i ricercatori hanno notato che molte strutture che in precedenza apparivano come blocchi monolitici sono in realtà composte da ammassi distinti e più piccoli. Questa granularità raffinata consente agli scienziati di delimitare meglio le dimensioni e la posizione delle concentrazioni di materia oscura, fornendo un modello più accurato della distribuzione della massa dell'universo.

Scoperte chiave nella mappa:

• Allineamento di precisione: Webb ha confermato che l'allineamento tra materia oscura e materia regolare non è casuale; le due sono state inestricabilmente legate durante tutta la storia cosmica.
• Struttura filamentosa: Le "stringhe" di materia oscura che collegano gli ammassi di galassie sono più visibili che mai, mostrando come la materia migra attraverso l'universo.
• Salto di risoluzione: La mappa identifica ammassi di materia oscura nelle regioni in basso a sinistra dell'area di indagine che erano interamente invisibili alle precedenti generazioni di sensori.

Influenza sulla Terra e sull'universo locale

Sebbene la materia oscura esista su scala gigantesca, la sua influenza si estende agli ambienti locali dove si formano pianeti come la Terra. Sebbene la materia oscura attraversi la materia regolare senza contatto fisico, la sua presenza gravitazionale è ciò che ha permesso alla Via Lattea di coalizzarsi e trattenere il gas e la polvere necessari per la formazione stellare. La stabilità del nostro sistema solare è, in senso lato, un sottoprodotto del pozzo gravitazionale fornito dall'alone di materia oscura che circonda la nostra galassia.

Lo studio evidenzia come la distribuzione della materia oscura detti l'abitabilità di certe regioni dell'universo. In aree dove la materia oscura è troppo rada, le galassie potrebbero non formarsi mai; dove è troppo densa, la turbolenza gravitazionale risultante potrebbe impedire la stabilità a lungo termine richiesta per i sistemi planetari. Comprendendo la densità della materia oscura all'interno della Via Lattea e la sua influenza locale, gli scienziati possono modellare meglio la storia della nascita del nostro sole e l'evoluzione della Terra all'interno del più ampio quadro galattico.

Evoluzione delle galassie e la Rete Cosmica

I risultati forniscono una validazione critica per l'attuale modello Lambda-CDM, il modello cosmologico standard che descrive il Big Bang e l'espansione dell'universo. Il modo in cui la materia oscura e la materia regolare sono "cresciute insieme" supporta l'idea che la materia oscura abbia fornito i semi gravitazionali iniziali che hanno attratto idrogeno ed elio per formare le prime stelle. Richard Massey, astrofisico presso la Durham University e coautore dello studio, ha osservato: "Ovunque vediamo un grande ammasso di migliaia di galassie, vediamo anche una quantità altrettanto massiccia di materia oscura nello stesso posto. Non è solo che hanno le stesse forme... Sono cresciute insieme".

Questa ricerca tocca anche teorie storiche, incluse quelle proposte da Stephen Hawking riguardo ai buchi neri primordiali come potenziali candidati per la materia oscura. Sebbene i dati del Webb non identifichino ancora una specifica particella di materia oscura, le mappe di densità ad alta risoluzione permettono ai teorici di restringere il campo su cosa potrebbe essere la materia oscura. Osservando come questi filamenti interagiscono nel corso di miliardi di anni luce, gli scienziati possono testare se la materia oscura si comporta come una sostanza "fredda" e lenta o se possiede proprietà che potrebbero richiedere una revisione dei nostri attuali libri di testo di fisica.

Ricerca futura e scoperte nello spazio profondo

La mappa prodotta da Scognamiglio e dal suo team è solo l'inizio di una nuova era nella ricerca sulla materia oscura. Mentre il James Webb Space Telescope continua la sua missione, ad esso si unirà il Nancy Grace Roman Space Telescope, progettato per avere un campo visivo 100 volte superiore a quello di Hubble. Mentre il Webb fornisce istantanee ad alta risoluzione per "immersioni profonde", il Roman fornirà il contesto grandangolare, consentendo un'indagine 3D completa delle strutture di materia oscura attraverso l'universo osservabile.

L'obiettivo finale rimane il rilevamento diretto della particella di materia oscura. Con le mappe ad alta risoluzione fornite dal JWST, i ricercatori ora sanno esattamente dove puntare i loro strumenti più sensibili per cercare i deboli segnali delle interazioni della materia oscura. Questo studio serve come una conferma definitiva che, sebbene potremmo non essere in grado di vedere direttamente la materia oscura, le sue impronte digitali sono scritte nel cielo nella luce di trilioni di stelle, guidando il destino di ogni galassia nel cosmo.