Natura frattale dell'ammasso di galassie nell'aggiornato catalogo di redshift CfA

Perché il cielo notturno è buio ma non vuoto

Guarda in alto in una notte serena e vedi stelle sparse, una banda sfumata della Via Lattea e forse una debole macchia di un’altra galassia. Eppure gli astronomi oggi stimano che nell’Universo possano esserci mille miliardi di galassie. Se la materia fosse distribuita perfettamente in modo uniforme, il cielo brillerebbe di luce in ogni direzione. Invece lo spazio è per lo più scuro, e le galassie si raggruppano in ammassi e filamenti separati da enormi regioni vuote. Questo articolo pone una domanda apparentemente semplice: le galassie seguono schemi nascosti “frattali” — come versioni cosmiche di alberi ramificati o linee costiere — che possono spiegare come la materia sia disposta alle scale più grandi?

Da un cosmo liscio alla rete cosmica

La cosmologia moderna spesso considera l’Universo come liscio se lo si osserva da una distanza sufficientemente grande, un’idea che sta alla base del modello standard dell’evoluzione cosmica noto come ΛCDM. Ma mappe dettagliate delle galassie mostrano qualcosa di più intricato: lunghe catene, pareti a foglio e vasti vuoti, che insieme formano una gigantesca rete tridimensionale. Gli autori riesaminano una proposta, risalente al matematico Benoît Mandelbrot, secondo cui questa rete potrebbe essere descritta con i frattali — strutture che ripetono schemi simili su molte scale. Invece di assumere che le galassie alla fine si disperdano in una foschia uniforme, testano se i dati reali si comportano più come una gerarchia frattale, in cui ammassi, superammassi e filamenti si rispecchiano da distanze piccole a molto grandi.

Setacciare un milione di galassie per trovare schemi nascosti

Per sondare questa idea, i ricercatori si rivolgono a una delle risorse più complete disponibili: l’Updated CfA Redshift Catalog (UZCAT). Questa compilazione raccoglie velocità radiali — quanto velocemente le galassie si allontanano da noi a causa dell’espansione cosmica — per circa tre quarti di milione di galassie, provenienti da molteplici grandi survey. A partire da ogni redshift misurato, il team stima la distanza della galassia usando una forma aggiornata della legge di Hubble. Puliscano il campione rimuovendo oggetti mal classificati, misurazioni problematiche e outlier estremi, quindi raggruppano le galassie in sette “fasce” di distanza o velocità, da sistemi vicini fino a quelli che si allontanano a più della metà della velocità della luce. Verifiche statistiche suggeriscono che i gap rimanenti nei dati si verificano essenzialmente a caso, quindi è improbabile che distorcano i modelli su larga scala che il team sta cercando.

Leggere la rete cosmica attraverso lenti frattali

Piuttosto che contare semplicemente le galassie in scatole, gli autori applicano strumenti provenienti dallo studio della turbolenza e del caos, dove il comportamento irregolare e a scoppiettii è la norma. Affettano lo spazio in gusci a distanze crescenti dal Sole e calcolano come cambia il numero medio di galassie con la scala. Da questi conteggi costruiscono uno “spettro multifrattale”, un’impronta matematica che indica quanto fortemente le regioni dense e i vuoti contribuiscono a diverse scale. In un Universo perfettamente liscio questo spettro collasserebbe a un singolo valore; in uno frattale si allargherebbe. Il team confronta lo spettro osservato con una semplice costruzione teorica chiamata insieme di Cantor pesato — un frattale classico costruito tagliando ripetutamente pezzi centrali da una linea e ridistribuendo il “peso” in modo non uniforme tra le parti rimanenti. Questo modello è già stato usato per descrivere plasmi turbolenti nel vento solare e in esperimenti di laboratorio.

Cosa dicono i numeri sulla struttura cosmica

L’analisi mostra che la distribuzione delle galassie non è puramente uniforme, ma neanche fortemente frattale. Lo spettro multifrattale estratto da UZCAT corrisponde abbastanza bene ai modelli di insieme di Cantor pesato, specialmente per le parti più dense della rete cosmica. Un singolo numero chiave, che misura quanto è ampia la dispersione dello spettro, risulta modesto — circa 0,1–0,15 — molto più piccolo dei valori osservati nel vento solare turbolento, ma maggiore rispetto al mezzo interstellare locale relativamente calmo al di fuori dell’influenza del Sole. Ciò suggerisce che le galassie seguono una legge di scala per lo più semplice con deviazioni lievi ma reali dall’uniformità. L’estensione e la lieve asimmetria dello spettro variano in qualche misura tra i campioni di galassie più vicini e quelli più lontani, suggerendo che grandi vuoti e sottili deviazioni da una perfetta espansione di Hubble possono lasciare un’impronta misurabile su come le galassie si ammucchiano.

Un sapore frattale in un Universo standard

In termini quotidiani, lo studio sostiene che l’Universo è in linea di massima coerente con il quadro cosmologico standard pur mostrando un “sapore frattale” nell’organizzazione delle galassie. La rete cosmica sembra seguire leggi di scala simili a quelle osservate nei fluidi turbolenti, e questi schemi possono essere catturati con ricette frattali sorprendentemente semplici. Tuttavia le deviazioni complessive dalla levigatezza sono abbastanza piccole da rientrare agevolmente nei modelli ΛCDM attuali di formazione delle strutture. Non possiamo ancora mappare più di una piccolissima frazione di tutte le galassie, né risolvere completamente la rete tridimensionale, quindi il verdetto finale sul fatto che il cosmo sia veramente frattale resta aperto. Per ora, questo lavoro mostra che gli spazi scuri del cielo notturno e i filamenti luminosi non sono casuali: portano una sottile firma di ordine frattale scritta sulle più ampie strutture che possiamo osservare.

Citazione: Macek, W.M., Wójcik, D. Fractal nature of galaxy clustering in the updated CfA redshift catalog. Sci Rep 16, 6181 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36013-3

Parole chiave: ammassamento di galassie, rete cosmica, universo frattale, struttura su larga scala, analisi multifrattale