COME LA MATERIA OSCURA MODELLA LE GALASSIE

L’architetto cosmico

Uno studio su un campione di oltre 3000 galassie ellittiche suggerisce l'esistenza di una relazione ben precisa tra la massa dell'alone galattico di materia oscura e quella del buco nero centrale. Questi risultati, che saranno pubblicati su Astrophysical Journal, permettono di risolvere alcune controversie in questo campo dell'astrofisica e forniscono nuovi indizi sui processi evolutivi delle galassie

Grazie ad uno studio condotto su un insieme di galassie ellittiche, un gruppo di astrofisici del Center for Astrophysics (CfA) di Harvard ha ottenuto nuovi indizi sulla connessione galassia-buco nero supermassiccio. I risultati suggeriscono che la ‘mano invisibile’ della materia oscura influenza in qualche modo l’evoluzione dei buchi neri.

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La figura illustra due galassie a spirali, ciascuna contenente un buco nero supermassiccio, mentre si trovano nella fase di collisione che porterà alla formazione di una ellittica. Lo studio mostra come gli aloni di materia oscura influenzano il processo di merging e l’evoluzione stessa dei buchi neri. Credit: NASA/CXC/M.Weiss

È noto che in quasi tutte le galassie risiede nei loro nuclei un buco nero supermassiccio. Le osservazioni mostrano che tanto più pesante è la galassia, tanto più grosso risulta il suo buco nero. La domanda è: che tipo di relazione esiste tra i due oggetti? Dopo tutto, i buchi neri sono milioni di volte più piccoli e meno massivi della rispettiva galassia ospite. «Sembra che esista una sorta di ‘collegamento misterioso’ tra la quantità di materia oscura presente in una galassia e la dimensione del suo buco nero centrale, anche se i due oggetti operano su due scale notevolmente differenti», spiega Akos Bogdan dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e autore principale della ricerca che è stata accettata per la pubblicazione su Astrophysical Journal.

La materia oscura supera il contenuto della materia ordinaria, cioè della materia visibile di cui sono fatte le stelle e le galassie, di un fattore 6 a 1. Sappiamo che essa esiste grazie ai suoi effetti gravitazionali che esercita sulle galassie e gli ammassi di galassie. Inoltre, ogni galassia è circondata da un alone di materia oscura che pesa come triliardi di Soli e si estende per centinaia di migliaia di anni luce.

Il presente studio è stato realizzato per risolvere una controversia che esiste da qualche tempo. Infatti, mentre lavori precedenti hanno permesso di ricavare una relazione tra la massa del buco nero centrale e la massa totale dovuta alle singole stelle della galassia, studi più recenti suggeriscono, invece, una relazione più forte tra la massa del buco nero e la massa dell’alone galattico di materia oscura. Il fatto è che non era chiaro quale delle due correlazioni fosse più vicina alla realtà.

Per verificare, dunque, la relazione tra gli aloni galattici di materia oscura e i buchi neri supermassicci, Bogdan e il suo collega Andy Goulding della Princeton University hanno esaminato più di 3000 galassie ellittiche. I ricercatori hanno prima misurato il moto delle stelle per ‘pesare’ il buco nero centrale e poi hanno ricavato la massa dell’alone di materia oscura analizzando l’emissione nella banda X del gas caldo che circonda le galassie, dato che più materia oscura esiste in una galassia e tanto maggiore è il contenuto di gas caldo. In questo modo, gli scienziati hanno trovato una relazione ben precisa tra la massa dell’alone galattico di materia oscura e la massa del buco nero, che risulta più definita rispetto a quella che correla il buco nero e le singole stelle della galassia.

Insomma, questa relazione ci dice come evolvono le ellittiche. Si ritiene che queste galassie si formino dalla fusione di oggetti più piccoli, un processo che determina una sorta di ‘mescolamento’ di stelle e materia oscura. Ora, dato che la materia oscura pesa di più di qualsiasi altra cosa, essa non solo modella la galassia ellittica risultante ma soprattutto guida la crescita e l’evoluzione del buco nero centrale. «In effetti, il processo di merging crea una sorta di ‘cianografia gravitazionale’ che viene seguita dalla galassia, dalle stelle e dal buco nero centrale allo scopo di formare se stessi», conclude Bogdan.

Per realizzare la ricerca, gli autori hanno utilizzato i dati della Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e della survey del satellite ROSAT.


arXiv: Connecting Dark Matter Halos with the Galaxy Center and the Supermassive Black Hole