Il dibattito decennale sulla materia oscura si restringe grazie alle galassie nane

Guidato dall’AIP in collaborazione con l’Università del Surrey, l’Università di Bath, l’Università di Nanchino in Cina, l’Università di Porto in Portogallo, l’Università di Leiden nei Paesi Bassi e l’Università di Lund in Svezia, lo studio ha analizzato i dati sulla velocità stellare di 12 delle galassie più piccole e deboli dell’Universo per mettere alla prova le teorie rivali.

Tra queste c’è la Modified Newtonian Dynamics (MOND), una teoria alternativa proposta per la prima volta negli anni ’80 che suggerisce che le leggi della gravità cambiano a bassissime accelerazioni e, quindi, a scale di distanza molto grandi, eliminando del tutto la necessità della materia oscura.

Gli autori hanno scoperto che i campi gravitazionali interni delle galassie non possono essere spiegati dalla sola materia visibile e che le previsioni MOND non riescono a riprodurre il comportamento osservato.

Hanno poi confrontato i loro risultati con i modelli teorici che assumono invece che queste galassie siano circondate da un massiccio alone di materia oscura.

Eseguiti sulla struttura DiRAC National Supercomputer del Regno Unito, questi modelli di materia oscura hanno fornito una corrispondenza molto migliore con i dati.

Mariana Júlio, dottoranda presso il Leibniz Institute for Astrophysics di Potsdam (AIP) e autrice principale dello studio, ha dichiarato: “Le galassie nane più piccole sono state a lungo in tensione con le previsioni MOND, ma la discrepanza potrebbe essere plausibilmente spiegata da incertezze di misurazione o adattando la teoria MOND. Per la prima volta, siamo stati in grado di risolvere l’accelerazione gravitazionale delle stelle nelle galassie più deboli a diversi raggi, rivelando in dettaglio le loro dinamiche interne. Sia le osservazioni che le nostre simulazioni EDGE mostrano che il loro campo gravitazionale non può essere determinato dalla sola materia visibile, contraddicendo le previsioni di gravità modificate. Questa scoperta rafforza la necessità della materia oscura e ci avvicina alla comprensione della sua natura”.

La ricerca, pubblicata su Astronomy & Astrophysics, mette in discussione anche un’ipotesi di lunga data sul comportamento delle galassie.

Gli astronomi hanno a lungo creduto che ci fosse un semplice legame tra la quantità di materia visibile in una galassia e la forza dell’attrazione gravitazionale che produce, nota come “relazione di accelerazione radiale”.

Mentre questa relazione è ancora valida per i sistemi più grandi, il nuovo studio mostra che inizia a rompersi nelle galassie più piccole.

“Il nostro nuovo studio cambia completamente il quadro, utilizzando dati migliori e un’analisi più approfondita per dedurre i profili effettivamente risolti radialmente delle galassie nane”, ha aggiunto il dottor Marcel Pawlowski, coautore dello studio.

“I nostri risultati confermano il precedente sospetto che le galassie nane non siano in linea con le aspettative derivate dalle galassie più massicce. Non si allineano con la relazione di accelerazione radiale estrapolata, ma mostrano accelerazioni più grandi, o – nell’immagine della materia oscura – più massa mancante”.

In alcuni casi, la stessa quantità di materia visibile può produrre diverse accelerazioni gravitazionali, suggerendo che un altro fattore invisibile – molto probabilmente la materia oscura – sta influenzando il loro comportamento.

Il professor Justin Read dell’Università del Surrey, coautore dello studio, ha dichiarato: “Nuovi dati e tecniche di modellazione ci stanno permettendo di mappare il campo gravitazionale su scale più piccole che mai, e questo ci sta dando nuove intuizioni sulla strana, apparentemente invisibile, sostanza che costituisce la maggior parte della massa dell’Universo. I nostri risultati dimostrano che non ci sono abbastanza informazioni basate solo su ciò che possiamo vedere per determinare l’intensità del campo gravitazionale nelle galassie più piccole. Questo risultato può essere spiegato se queste galassie sono circondate da un alone invisibile di materia oscura, poiché la materia oscura codifica le “informazioni mancanti”. Ma le teorie MOND – almeno quelle proposte finora – richiedono che il campo gravitazionale sia determinato solo da ciò che vediamo. Sembra che non funzioni”.

Sebbene i risultati non rivelino di cosa sia fatta la materia oscura, restringono lo spazio per spiegazioni alternative. Le future osservazioni di galassie ancora più deboli e distanti aiuteranno a capire cosa sia veramente la materia oscura.