I filamenti di cui stiamo parlando sono enormi strutture di forma approssimativamente cilindrica, lunghi centinaia di milioni di anni luce e costituiti da galassie e da materia oscura; scoperti a partire dalla fine degli anni '80, sembrano collegare tra loro i super-ammassi e le "pareti" o "muri" in cui si concentrano gran parte delle galassie, separate da vuoti immensi.
Sebbene le strutture osservate al di fuori della Via Lattea varino su un grande intervallo di scale, dalle galassie nane ai super-ammassi di galassie, il meccanismo di comparsa al loro interno di un moto di rotazione (ovvero di un Momento Angolare) è ancora piuttosto misteriosa. La teoria più accreditata è quella del "momento mareale", che suppone la formazione di tali strutture da piccole perturbazioni di densità, poi amplificate dal collasso gravitazionale; in quella fase iniziale, lievi asimmetrie generano un "gradiente" di gravità, producendo maree responsabili del moto di rotazione dell'intera struttura; questo meccanismo sarebbe anche alla base del moto di rotazione delle galassie attorno al loro centro.
In un articolo recentemente pubblicato su Nature Astronomy ad opera di 5 ricercatori, vengono presentati i risultati di un'ampia indagine su migliaia di filamenti, partendo dal catalogo della "Sloan Digital Sky Survey". Le misure di red shift z (spostamento verso il rosso) delle singole galassie in essi contenute sono servite a suddividere i filamenti in due grandi categorie ("freddi" e "caldi") in base alla dispersione dei valori di z attorno al valore medio. In seguito, ci si è concentrati su eventuali sistematicità di queste deviazioni, ovvero su una asimmetria ai bordi del filamento (nella direzione dello spessore) che fosse indicazione di una sistematica rotazione di tali galassie attorno all'asse del filamento stesso.
Il risultato è esemplificato nel grafico seguente, che mostra l'andamento medio della velocità radiale delle galassie rispetto all'asse maggiore del filamento, sui due lati in avvicinamento (a sinistra) e in allontanamento (a destra); si nota un aumento regolare nella velocità, che si arresta a 3-4 milioni di anni luce dall'asse, per poi ridursi. Tutto questo fa pensare a una rotazione differenziale, quasi "rigida" nella porzione più interna del filamento e sempre più blanda in periferia.
Profilo nella velocità di rotazione di un filamento cosmico - Credits: P.Wang et al., "Possible observational evidence for cosmic filament spin", Nature Astronomy - Improvement: Marco Di Lorenzo
Il diagramma qui sotto mostra invece quanto è statisticamente significativa la rotazione al variare della dispersione in z e quindi della "temperatura". Il rettangolo rosso evidenzia i casi in cui la rotazione, essendo al di sopra della soglia 3σ, si può considerare praticamente certa; essa comprende soprattutto filamenti dinamicamente "freddi" e questo ha senso, perchè si presume che essi siano quelli praticamente perpendicolari alla linea di vista. Infatti, dato che queste strutture partecipano comunque all'espansione cosmica, il fatto che non ci siano grosse differenze nella velocità di recessione ai due estremi del filamento suggerisce che tutte le galassie in esso si trovino, più o meno, alla stessa distanza da noi e quindi il filamento formi, con la linea che lo congiunge a noi, un angolo di almeno 80°.
Significatività statistica della rotazione dei filamenti in funzione della loro dispersione in red-shift - Credits: P.Wang et al., "Possible observational evidence for cosmic filament spin", Nature Astronomy - Improvement: Marco Di Lorenzo
Questo grafico evidenzia anche una ulteriore dipendenza dalla massa del filamento. Infatti, quelli con il numero più grande di galassie (che appaiono come pallini gialli o verdi, scala cromatica a destra), a parità di temperatura/inclinazione, tendono ad avere una rotazione più marcata e significativa; gli autori mettono in evidenza anche una correlazione simile con la massa dei superammassi alle estremità del filamento.
Insomma, una serie di tasselli si stanno aggiungendo alla comprensione di come strutture così grandi possano ruotare su se stesse. Una possibile spiegazione di queste osservazioni, concludono gli autori, è che probabilmente le galassie nei filamenti si generano attraverso una accrezione di materia che inizialmente fluisce in senso radiale verso l'asse del filamento e successivamente si muove parallelamente all'asse verso la protogalassia in formazione; questo meccanismo "elicoidale" all'interno di un potenziale gravitazionale crescente (in cui la materia oscura la fa da padrone) innescherebbe un moto di rotazione per effetto della conservazione del momento angolare del gas. Tale spiegazione è peraltro consistente con i modelli di accrescimento dei filamenti, ottenuti tramite grandi simulazioni numeriche.
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