Materia oscura: regista occulto dell’evoluzione galattica

Nuove simulazioni al computer condotte da un team internazionale di astronomi, tra cui alcuni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), hanno svelato il ruolo chiave della materia oscura nell’evoluzione delle galassie.

Immagine di una galassia che mostra, a sinistra, la sua componente stellare, e a destra (in negativo), la materia oscura presente nel suo alone. Crediti: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) / Il team EAGLE
Immagine di una galassia che mostra, a sinistra, la sua componente stellare, e a destra (in negativo), la materia oscura presente nel suo alone. Crediti: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) / Il team EAGLE

La materia oscura: un enigma cosmico

La materia oscura costituisce circa l’85% della materia totale dell’universo. A differenza della materia ordinaria, che interagisce con la luce attraverso assorbimento, riflessione ed emissione, essa rimane invisibile, ponendo sfide alla sua osservazione diretta. La sua presenza si deduce dall’influenza gravitazionale che esercita su stelle, pianeti e vari corpi celesti.

Le galassie sono costituite da questi due tipi di materiale: la materia oscura, distribuita negli aloni, che sono enormi strutture che circondano le galassie, e la materia ordinaria, presente principalmente nelle regioni centrali dove si trova la maggior parte delle stelle.

Tradizionalmente gli studi osservativi dell’evoluzione galattica si sono concentrati sul ruolo della materia ordinaria, anche se rappresenta una frazione piuttosto piccola della massa di una galassia. Da decenni sono state effettuate previsioni teoriche sugli effetti che la materia oscura dovrebbe avere sull’evoluzione delle galassie. Tuttavia, nonostante i numerosi sforzi, non esiste un chiaro consenso al riguardo.

milky way

Una svolta nella ricerca sulla materia oscura

Ora, la ricerca condotta da un team dell’IAC è riuscita a confermare, per la prima volta mediante osservazioni, l’effetto della materia oscura sull’evoluzione delle galassie. Laura Scholz Díaz, ricercatrice pre-dottorato presso la IAC e primo autore dell’articolo pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, ha dichiarato: “La materia oscura ha un effetto evidente sulle galassie poiché possiamo misurarla, ma l’effetto sull’evoluzione delle galassie che abbiamo scoperto è qualcosa che è stato proposto, ma non avevamo una tecnica per studiarlo osservativamente”.

Per studiare l’effetto della materia oscura l’equipe si è concentrata sulla differenza tra la massa delle stelle in una galassia e quella che può essere dedotta dalla sua rotazione, chiamata massa dinamica totale. La ricerca ha dimostrato che l’età, il contenuto di metalli, la morfologia, il momento angolare e la velocità di formazione delle stelle dipendono non solo dalla massa di quelle stelle, ma anche da quella totale, e questo include anche la materia oscura. 

Ignacio Martín Navarro, ricercatore della IAC e co- autore dell’articolo ha affermato: “Abbiamo osservato che nelle galassie con uguale massa di stelle, le loro popolazioni stellari si comportano diversamente a seconda che l’alone contenga più o meno materia oscura, in altre parole, l’evoluzione di una galassia, dalla sua formazione fino ad oggi viene modificata dall’alone in cui è contenuta. Se possiede un alone più o meno massiccio, l’evoluzione della galassia nel tempo sarà diversa, e questo si rifletterà nelle proprietà delle stelle che contiene”.

anello materia oscura 1

Il futuro della ricerca sugli aloni di materia oscura

In futuro, il team prevede di effettuare misurazioni di popolazioni stellari a diverse distanze dal centro della galassia, e di mostrare se questa dipendenza dall’alone di materia oscura delle proprietà delle stelle viene mantenuta a tutti i raggi. Il passo successivo della ricerca consentirà lo studio della relazione tra gli aloni di materia oscura e la struttura a larga scala dell’Universo.

 Scholz ha spiegato: “Questi aloni di materia oscura non vengono creati da soli, ma sono collegati da filamenti che fanno parte della struttura su larga scala, chiamata ‘rete cosmica’. La massa dell’alone sembra modificare le proprietà della sua galassia, ma potrebbe essere il risultato della posizione occupata da ciascun alone all’interno della stessa. Nei prossimi anni vogliamo vedere l’effetto di questa struttura su larga scala nel contesto che stiamo studiando”.

Questo studio si basa su 260 galassie del CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), un progetto internazionale a cui la IAC partecipa attivamente sotto il coordinamento di Jesús Falcón Barroso, un altro coautore dell’articolo.

Barroso ha concluso: “Questa indagine fornisce informazioni spettrali e una copertura spaziale delle galassie senza precedenti. Queste sono state osservate in una configurazione ad alta risoluzione, per ottenere misurazioni dettagliate delle loro proprietà cinematiche, che ci hanno permesso di studiare i movimenti delle stelle in modo molto preciso, e quindi di dedurre le masse totali delle galassie”.

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