Le galassie nane e l’enigma della materia oscura

Le recenti scoperte del satellite Gaia suggeriscono che le galassie nane sono transitorie e meno influenzate dalla materia oscura di quanto si credesse in precedenza, sfidando le ipotesi di lunga data sulla loro natura e composizione

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Le galassie nane e l'enigma della materia oscura
Le galassie nane e l'enigma della materia oscura

Le recenti scoperte del satellite Gaia suggeriscono che le galassie nane sono transitorie e meno influenzate dalla materia oscura di quanto si credesse in precedenza, sfidando ipotesi di lunga data sulla loro natura e composizione.

Comunemente ritenute satelliti longevi della nostra galassia, un nuovo studio ora ha trovato indicazioni che la maggior parte delle galassie nane potrebbero in realtà essere distrutte subito dopo il loro ingresso nell’alone galattico. Grazie all’ultimo catalogo del satellite Gaia dell’ESA, un team internazionale ha dimostrato che le galassie nane potrebbero essere fuori equilibrio.

Lo studio apre importanti questioni sul modello cosmologico standard, in particolare sulla prevalenza della materia oscura nelle immediate vicinanze della Via Lattea.

Da tempo si presume che le galassie nane attorno alla Via Lattea siano antichi satelliti in orbita attorno alla nostra Galassia da quasi 10 miliardi di anni. Questa ipotesi richiedeva che contenessero enormi quantità di materia oscura per proteggerle dagli enormi effetti delle maree dovuti all’attrazione gravitazionale della nostra galassia. Si presumeva che la materia oscura fosse la causa delle grandi differenze osservate nella velocità delle stelle all’interno di queste galassie nane.

Nuove intuizioni sulla dinamica delle nane

Gli ultimi dati di Gaia hanno rivelato una visione completamente diversa delle proprietà delle galassie nane. Gli astronomi dell’Osservatorio di Parigi – PSL, del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) e dell’Istituto Leibniz di Astrofisica Potsdam (AIP) sono riusciti a datare la storia della Via Lattea. In particolar modo, gli scienziati hanno utilizzato l’energia orbitale come parametro per datarne la storia. Infatti, oggetti catturati agli inizi della formazione della Via Lattea, quando aveva meno massa totale, hanno energie orbitali inferiori rispetto a quelli rimasti intrappolati di recente nell’alone galattico.

Gaia ha confermato che le energie orbitali della maggior parte delle galassie nane che orbitano attorno alla Via Lattea sono sorprendentemente più grandi di quelle della galassia nana del Sagittario, che sappiamo entrò nell’alone 5-6 miliardi di anni fa. Ciò implica che la maggior parte delle galassie nane sono arrivate molto più recentemente, meno di tre miliardi di anni fa.



Trasformazioni e perdite di gas nelle galassie nane

Un arrivo così recente implica che le galassie nane vicine provengano dall’esterno dell’alone. In quella regione, quasi tutte le galassie nane contengono enormi riserve di gas neutro. Queste galassie, inizialmente ricche di gas, hanno perso il loro gas quando si sono scontrate con il gas caldo dell’alone galattico. La violenza degli shock e delle turbolenze nel processo le ha cambiate completamente.

Mentre le galassie nane precedentemente ricche di gas erano dominate dalla rotazione di gas e stelle, dopo la trasformazione in sistemi privi di gas, la loro gravità è stata bilanciata dai movimenti casuali delle stelle rimanenti.

Le galassie nane hanno perso il loro gas in un processo così violento da metterle fuori equilibrio. Ovvero, la velocità con cui si muovono le loro stelle non è più in equilibrio con la loro accelerazione gravitazionale. Gli effetti combinati della perdita di gas e degli shock gravitazionali dovuti all’immersione nella Via Lattea spiegano bene le velocità delle stelle all’interno del resto della galassia nana.

Ripensare il ruolo della materia oscura

Una delle curiosità di questo studio è il ruolo della materia oscura. Innanzitutto, l’assenza di un equilibrio impedisce qualsiasi stima della massa dinamica delle nane della Via Lattea e del loro contenuto di materia oscura.

In secondo luogo, mentre nello scenario precedente la materia oscura proteggeva la presunta stabilità delle galassie nane ora parlare di materia oscura diventa quasi “di troppo” per questi oggetti fuori equilibrio.

Infatti, se la galassia nana avesse contenuto molta materia oscura,  il suo disco iniziale di stelle rotanti sarebbe stato stabile e avrebbe evitato di trasformarsi in una galassia con moti stellari casuali, come invece è stato osservato.

Implicazioni e domande sollevate

Il recente arrivo descritto delle galassie nane e le trasformazioni che hanno subito nell’alone spiegano bene molte proprietà osservate di questi oggetti, in particolare perché hanno stelle a grande distanza dal loro centro. Le loro proprietà sembrano compatibili con l’assenza di materia oscura, contrariamente alla precedente idea che le galassie nane siano oggetti dominati dalla materia oscura.

Tuttavia ora sorgono molte domande, prima fra tutte, dove si trovano ora le numerose galassie nane dominate dalla materia oscura che il modello cosmologico standard prevede attorno alla Via Lattea? E poi, quali osservazioni potrebbero aiutarci a distinguere le galassie nane fuori equilibrio individuate con i dati di Gaia, e quelle che rispondono al quadro classico e sono dominate dalla materia oscura?

Fonte: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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