Una galassia fantasma sfida la materia oscura

 

 

Gli astronomi hanno scoperto una grande galassia simile a un fantasma, ma poco luminosa. Le sue origini sono sconosciute e la sua stessa esistenza sfida le nostre nozioni di materia oscura.

 

Gli astronomi hanno scoperto una galassia simile a un fantasma, grande circa la metà della nostra Via Lattea, ma non più massiccia della piccola Nube di Magellano, galassia nana e satellite della nostra.

Dal momento che le stelle della nuova galassia sono distribuite su un volume enorme, è invisibile alla maggior parte dei telescopi, come uno spettro.

L’origine di Nube, come gli astronomi chiamano la nuova galassia scoperta, potrebbe sfidare le idee sulla natura della materia oscura.

Negli ultimi anni, strutture come il Dragonfly Telephoto Array nel New Mexico hanno rivelato per la prima volta l’esistenza di galassie ultra-diffuse (UDG) che mostrano una luminosità superficiale insolitamente bassa.

Tuttavia, Nube è ancora più estremo. “Questo è un esempio particolarmente grande e debolmente luminoso”, dice Pieter van Dokkum (Università di Yale), che non è stato coinvolto nella nuova scoperta.

“Ero entusiasta quando l’ho visto presentato a una conferenza sulle galassie ultra-diffuse quest’estate a Sesto, in Italia. Continuiamo a trovare sistemi più grandi e più deboli e non sappiamo davvero dove siano i limiti!”

Un team internazionale guidato da Mireia Montes (Istituto di Astrofisica delle Canarie, Spagna) ha trovato casualmente la debole macchia in una profonda analisi di una striscia equatoriale di cielo all’interno della costellazione della Balena.

Le osservazioni radio di follow-up con il Green Bank Telescope da 110 metri in West Virginia hanno prodotto lo spostamento verso il rosso della galassia, che corrisponde a una distanza di circa 350 milioni di anni luce.

Utilizzando immagini profonde e multicolore con il Gran Telescopio Canarias di 10,4 metri a La Palma, Montes e i suoi colleghi stimano una massa stellare di circa 400 milioni di masse solari e un’età di 10 miliardi di anni. I risultati appariranno su Astronomy & Astrophysics (preprint disponibile qui).

“Questo gruppo è uno dei team più importanti al mondo che studia i fenomeni di bassa luminosità superficiale”, commenta van Dokkum, “e sono felice di vedere che stanno anche scoprendo interessanti galassie ultra-diffuse”.

Nonostante le nuove scoperte, tuttavia, l’origine delle galassie ultra-diffuse (o quasi oscure) sta ancora confondendo gli astronomi.

Nel caso di Nube (un nome proposto dalla figlia di cinque anni del membro del team Ignacio Trujillo), Montes e i suoi colleghi presentano prove convincenti che è nato come un oggetto isolato.

In altre parole, non è una galassia nana di marea, che si è formata in seguito a un incontro tra galassie più grandi.

Inoltre, la sua forma estremamente regolare e simmetrica suggerisce che non ha mai sperimentato interazioni che potrebbero spiegare le sue strane proprietà. “Non ho una buona spiegazione per l’origine”, dice Montes.

“A volte sembra che ogni UDG abbia la sua storia da raccontare”, osserva Van Dokkum. “Alcune sono gonfiate o fatte a pezzi dalle forze di marea, alcune non hanno materia oscura, altre sembrano essere ‘galassie fallite’, con molti ammassi globulari e una sovrabbondanza di materia oscura. Non è ancora chiaro in quale categoria rientri Nube, credo”.

Una cosa è chiara, però: Nube contiene un sacco di materia oscura, molto probabilmente distribuita in un grande alone.

Le osservazioni di Green Bank rivelano le proprietà dinamiche dell’idrogeno gassoso neutro del sistema e indicano una massa totale della galassia di oltre 25 miliardi di masse solari, circa 25 volte più delle stelle e dell’idrogeno gassoso messi insieme.

Tuttavia, c’è un problema: le simulazioni cosmologiche basate sulle attuali teorie della materia oscura (in cui la materia misteriosa è costituita da particelle massicce debolmente interagenti, o WIMP) non riescono a produrre galassie come quella nuova scoperta.

Le galassie simulate con masse stellari e masse di alone di materia oscura come Nube si rivelano invariabilmente molto più piccole.

“Abbiamo cercato di esaminare tutti gli scenari che potevano creare qualcosa di esteso”, dice Montes, “ma nulla poteva davvero spiegare Nube. Così abbiamo deciso di vedere se altre forme di materia oscura potevano farlo”.

Infatti, se la materia oscura è costituita da particelle di massa estremamente piccola, simili ad assioni (note anche come materia oscura fuzzy), le proprietà osservate di Nube possono essere riprodotte.

“Tuttavia, la situazione è tutt’altro che chiara”, ammette il team di Montes. “Anche se la materia oscura  di assioni potrebbe alleviare alcuni dei problemi che appaiono nello scenario della materia oscura fredda, è necessario più lavoro per valutare questo modello”.

Immagine: Montes et al. / arXiv 2023