LO STUDIO SU MNRAS

A caccia di materia oscura nelle galassie nane

Una accurata simulazione dell'evoluzione dinamica degli ammassi stellari nelle galassie nane sferoidali rivela importanti informazioni sulla distribuzione della materia, compresa quella oscura, all'interno di queste piccole galassie satelliti della Via Lattea. Lo studio è stato realizzato da due ricercatori dell'Università La Sapienza di Roma

I dintorni della Via Lattea sono popolati da molte galassie più piccole, chiamate sferoidali nane (dSph), che tipicamente possiedono masse da mille a diecimila volte minori della nostra, ma che contano pur sempre centinaia di milioni di stelle. Piccole sì, ma molto interessanti per gli scienziati, che ritengono queste galassie dei veri e propri serbatoi di materia oscura, una enigmatica tipologia di materia che pare costituisca circa il 30 per cento della massa complessiva dell’Universo.

Una simulazione dell'evoluzione nel tempo degli ammassi globulari in una galassia sferoidale nana. Crediti: M. Arca Sedda / R. Capuzzo Dolcetta

Una simulazione dell’evoluzione nel tempo degli ammassi globulari in una galassia sferoidale nana. Crediti: M. Arca Sedda / R. Capuzzo Dolcetta

Un aspetto altrettanto interessante e peculiare delle dSph, ricavato per via indiretta dall’analisi del moto delle loro stelle, indica che la  materia oscura sia addensata nella regione centrale, ma in modo meno accentuato di quanto non accada nelle galassie “normali”, dove si registra una differenza di concentrazione di materia oscura tra periferia e centro della galassia molto più marcata. Il perché di questa differenza non è ancora chiaro: alcuni scienziati propongono che l’origine di questa particolare distribuzione della materia oscura sia dovuta all’esplosione di stelle supernovae, che con le loro potentissime onde d’urto spazzano via grandi quantità di materia, altri suggeriscono che il problema possa essere risolto adottando una teoria alternativa della gravità. Quindi, capire come la materia oscura si distribuisce nelle dSph risulta cruciale per determinare i processi di formazione delle galassie, soprattutto in vista dei futuri esperimenti dedicati alla sua rivelazione diretta.

Con questo obiettivo Manuel Arca Sedda e Roberto Capuzzo Dolcetta, due ricercatori del Dipartimento di fisica dell’Università Sapienza di Roma, hanno realizzato accurate simulazioni al calcolatore che hanno permesso di studiare l’evoluzione nel tempo degli ammassi stellari (AS) presenti in una galassia nana, nella sua “danza” attorno alla Via Lattea. Ammassi che sono stati utilizzati come “sonde” per ricavare in modo indiretto, grazie ai loro moti, come è dislocata la materia oscura all’interno della galassia nana. Le simulazioni, spinte a un livello di dettaglio mai raggiunto prima, hanno confermato che gli ammassi stellari più massicci possono alterare significativamente la distribuzione di materia della dSph. Infatti, durante la loro vita, gli AS tendono a spiraleggiare verso il centro della galassia che li ospita a causa delle continue interazioni con le altre stelle. Il quadro che emerge dallo studio, in pubblicazione sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, è anche coerente con un’altra proprietà, che accomuna le galassie nane sferoidali, ovvero l’assenza nelle loro zone centrali di buchi neri di grande massa.

«I nostri risultati indicano che la distribuzione di materia oscura e la mancanza di buchi neri massicci nelle galassie nane sono due fenomeni legati tra di loro dall’evoluzione dinamica della galassia, e rappresentano un passo avanti nella comprensione di come le galassie evolvano» spiega Manuel Arca Sedda. Tali risultati sono stati ottenuti tramite simulazioni numeriche che solo pochi anni fa avrebbero richiesto diverse decine di anni per essere completate».

I due ricercatori della Sapienza hanno, infatti, scoperto che gli ammassi stellari più massicci possono alterare la distribuzione di materia nella parte interna di una galassia nana; durante la loro vita questi ammassi tendono a muoversi verso zone sempre più interne della galassia che li ospita, a causa delle interazioni con altre stelle che formano la galassia. La caduta degli ammassi verso il centro della galassia è favorita dalla presenza della materia oscura e, come risultato finale, porta a una distribuzione di materia più piatta e regolare all’interno della galassia, impedendo che essa si concentri nel nucleo, rendendo molto difficile la formazione di buchi neri massicci, in buon accordo con le osservazioni astronomiche.

I risultati ottenuti dai due ricercatori dimostrano, quindi, che esiste una relazione tra l’appiattimento della distribuzione della materia osservato nelle galassie sferoidali nane e l’assenza di buchi neri massicci. Tale relazione è dovuta al movimento degli ammassi stellari nelle loro galassie “madri”, un meccanismo che agisce in generale in tutte le galassie ma il cui ruolo cambia molto a seconda della grandezza delle galassie.

«Gli sviluppi futuri di questo lavoro porteranno a una migliore conoscenza della fisica delle regioni centrali galattiche» conclude Capuzzo Dolcetta. «Ne conseguirà la interpretazione delle correlazioni osservative tra le proprietà delle galassie e degli oggetti compatti al loro centro, che sono di solito buchi neri supermassicci nelle galassie brillanti e ammassi stellari densi e massicci nelle galassie più deboli».

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