La materia oscura non è luminosa e non può essere vista direttamente. Si ritiene che costituisca l’85% della entità fisica nell’universo, la sua natura non è ben compresa. A differenza della materia normale, non assorbe, non riflette e non emette luce, rendendola difficile da rilevare.
La teoria predominante della materia oscura, nota come materia oscura fredda, o CDM, presuppone che le particelle di materia oscura non interagiscano con la materia normale (o barionica), se non attraverso la gravità. Una seconda teoria più recente, chiamata materia oscura auto-interattiva, o SIDM, propone che le particelle di materia oscura si auto-interagiscano attraverso una nuova forza oscura. Entrambe le teorie spiegano come emerge la struttura generale dell’universo, ma prevedono diverse distribuzioni di materia oscura nelle regioni interne di una galassia. Il SIDM suggerisce che le particelle di materia oscura si scontrino fortemente l’una con l’altra nell’alone interno di una galassia, vicino al suo centro.
In genere, una galassia visibile è avvolta da un alone invisibile di materia oscura – un ammasso concentrato di materiale, a forma di palla, che circonda la galassia ed è tenuto insieme dalle forze gravitazionali.
Recenti osservazioni di due galassie ultra-diffuse, NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4, mostrano, tuttavia, che questa coppia di galassie contiene pochissima, se non nessuna, materia oscura, sfidando la comprensione dei fisici sulla formazione delle galassie. Le osservazioni astrofisiche suggeriscono che NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4 sono probabilmente galassie satellite di NGC1052.
Spiegata la misteriosa carenza di materia oscura nella coppia di galassie
“Si pensa comunemente che la materia oscura domini la massa complessiva di una galassia”, ha detto Hai-Bo Yu, professore associato di fisica e astronomia all’UCR, che ha condotto lo studio.
“Le osservazioni di NGC 1052-DF2 e -DF4 mostrano, tuttavia, che il rapporto tra la loro materia oscura e le loro masse stellari è circa 1, che è 300 volte più basso del previsto. Per risolvere la discrepanza, abbiamo considerato che gli aloni DF2 e DF4 potrebbero perdere la maggior parte della loro massa a causa delle interazioni di marea con la massiccia galassia NGC 1052“.
Utilizzando sofisticate simulazioni, il team dell’UCR ha riprodotto le proprietà di NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4 attraverso lo spogliamento delle maree – lo spogliamento del materiale da parte delle forze di marea galattiche da parte di NGC1052. Poiché le galassie satellitari non sono in grado di trattenere la massa spogliata con le proprie forze gravitazionali, essa viene effettivamente aggiunta alla massa di NGC 1052.
I ricercatori hanno considerato sia lo scenario CDM che quello SIDM. I loro risultati, pubblicati su Physical Review Letters, indicano che il SIDM forma galassie prive di materia oscura come NGC 1052-DF2 e -DF4 molto più favorevoli del CDM, poiché la perdita di massa di marea dell’alone interno è più significativa e la distribuzione stellare è più diffusa nel SIDM.
Il lavoro di ricerca è stato selezionato come “suggerimento dei redattori” dalla rivista, un onore che solo pochi giornali selezionati ricevono ogni settimana per promuovere la lettura in tutti i campi.
Hai-Bo Yu ne spiega il meccanismo
Yu ha spiegato che la perdita di massa di marea potrebbe verificarsi sia in aloni CDM che SIDM. Nel CDM, la struttura dell’alone interno è “rigida” e resiliente allo stripping delle maree, il che rende difficile per un tipico alone CDM perdere una massa interna sufficiente nel campo di marea per ospitare le osservazioni di NGC 1052-DF2 e -DF4.
Al contrario, nel SIDM, le autointerazioni della materia oscura potrebbero spingere le particelle di materia oscura dall’interno verso l’esterno, rendendo l’alone interno più “soffice” e migliorando di conseguenza la perdita di massa di marea. Inoltre, la distribuzione stellare diventa più diffusa.
“Un tipico alone CDM rimane troppo massiccio nelle regioni interne anche dopo l’evoluzione delle maree“, ha detto Yu.
In seguito, il team eseguirà uno studio più completo del sistema NGC 1052 ed esplorerà le galassie appena scoperte con nuove proprietà nel tentativo di comprendere meglio la natura della materia oscura.
Il titolo del documento di ricerca è “La materia oscura che interagisce con la materia oscura e l’origine delle galassie ultra diffuse NGC1052-DF2 e -DF4“.
