La “forza oscura”

Uno studio della University of California dimostra che una coppia di galassie ha meno massa oscura rispetto al previsto, ipotizzando l'effetto di una forza oscura

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Tutti gli sforzi che finora abbiamo compiuto, tutte le leggi della fisica elaborate, hanno permesso di apprendere solo il 4% dell’intero universo.

Il restante 96% è rappresentato da fenomeni ancora ignoti, quali la materia oscura e l’energia oscura. La quantità di gravità che afferisce a tutta la materia e tutta l’energia che conosciamo, rappresenta solo un sesto di tutta la gravità che in questo momento agisce nell’universo. I cinque sesti che rimangono, vanno a formare la materia oscura, che, di fatto, dovrebbe chiamarsi gravità oscura; e comunque, ancora non sappiamo cosa sia effettivamente.

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Secondo uno studio condotto da un fisico della University of California, Riverside (UCR), una nuova teoria sulla natura della materia oscura, intesa come forza oscura, può aiutare a spiegare perché una coppia di galassie, distanti circa 65 milioni di anni-luce dalla Terra, contenga una quantità irrisoria della misteriosa materia.

La materia oscura, come si deduce dal nome, non emette luce, quindi non può essere osservata direttamente. Sebbene essa costituisca circa l’85% della materia dell’universo, la sua natura è ancora ignota. A differenza della materia che noi conosciamo, la materia oscura non assorbe, non riflette e non emette luce, facendo sì che sia difficile poterla rivelare.

La teoria oggi prevalente sulla materia oscura, chiamata Cold Dark Matter – CDM (Materia Oscura Fredda), presume che le particelle di materia oscura siano prive di collisioni, a parte la gravità. Una seconda teoria, più recente, chiamata Self Interacting Dark Matter – SIDM (Materia Oscura Autointeragente), propone che le particelle di materia oscura possano interagire fra di loro attraverso una nuova forza oscura. Entrambe le teorie spiegano come emerge tutta la struttura dell’universo, ma prevedono delle differenti distribuzioni di materia oscura nelle regioni più interne della galassia.

La teoria SIDM suggerisce che, in una regione interna della galassia, in prossimità del suo centro, le particelle di materia oscura interagiscano molto fra di loro.

Tipicamente, una galassia visibile è collocata all’interno di un manto di materia oscura invisibile – un ammasso di materiale concentrato, di forma sferica, che circonda la galassia ed è tenuto insieme da forze gravitazionali. Osservazioni recenti di due galassie, la NGC 1052-DF2 e la NGC 1052-DF4, mostrano, però, che questa coppia di galassie contiene una quantità irrisoria, se non addirittura nulla, di materia oscura, sfidando quindi ciò che finora era stato compreso sulla formazione delle galassie. Le osservazioni suggeriscono che NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4 sono probabilmente galassie satelliti della NGC1052.

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Il coordinatore dello studio sulle galassie, Hai-Bo Yu, afferma che è pensiero comune che la materia oscura è dominante sull’intera massa di una galassia. Le osservazioni delle galassie NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4, mostrano che il rapporto tra la loro materia oscura e le loro masse è circa uguale a 1, ovvero quasi 300 volte inferiore rispetto al valore atteso. Per risolvere questa discrepanza, il prof. Yu suggerisce di supporre che quei manti della DF2 e della DF4 stiano perdendo la maggior parte della loro massa, per mezzo di piccole interazioni con la galassia più grande NGC 1052.

Utilizzando delle simulazioni sofisticate, il team dell’Università californiana ha riprodotto le proprietà della NGC 1052–DF2 e della NGC 1052-DF4, attraverso la rimozione, effettuata dalla NGC 1052-DF2, di materiale dovuto a intense forze di galattiche. Poiché le galassie satellite non possono trattenere, con le loro forze gravitazionali, la massa rimossa, allora questa massa deve essere aggiunta a quella della NGC 1052.

I ricercatori hanno considerato sia lo scenario previsto dalla teoria CDM che quello della teoria SIDM. I loro risultati, pubblicati in Physical Review Letters, indicano che lo scenario SIDM dà vita a galassie con deficit di massa oscura, come le NGC 1052-DF2 e DF4, in misura maggiore rispetto allo scenario CDM, poiché la perdita di massa del manto interno è più significativa e la distribuzione stellare è più diffusa nel modello SIDM.

Yu spiega che la perdita di massa potrebbe verificarsi sia negli aloni descritti dal modello CDM che dal modello SIDM. Nel modello CDM, la struttura dell’alone interno è rigida e resiliente rispetto alla rimozione della massa, il che rende difficile per un tipico alone CDM perdere sufficiente massa interna nel campo di marea per allinearsi alle osservazioni della NGC 1052-DF2 e DF4.

Dall’altra parte, nel modello SIDM, le autointerazioni di materia oscura potrebbero spingere le particelle di materia oscura dalle regioni interne a quelle esterne, rendendo l’alone interno più malleabile e migliorando di conseguenza la perdita di massa. Inoltre, la diffusione stellare diventa più diffusa.

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Un tipico alone descritto dal modello CDM rimane troppo pesante nelle regioni interne, anche dopo l’evoluzione.

Prossimamente, il gruppo di ricerca effettuerà uno studio più completo sul sistema NGC 1052 ed esplorerà delle nuove galassie, appena scoperte, con nuove proprietà, nel tentativo di comprendere meglio la natura della materia oscura.

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