MENO DEL PREVISTO NELL'UNIVERSO PRIMORDIALE

Materia oscura, tu dov’eri?

Recenti osservazioni di galassie distanti compiute con il Very Large Telescope dell'Eso suggeriscono che esse fossero dominate dalla materia ordinaria. Il contrario di quanto si osserva nelle galassie più recenti, dove a farla da padrona pare essere la materia oscura. Lo studio oggi su Nature

Nuove osservazioni indicano che le galassie massicce, con alta formazione stellare, erano dominate da materia barionica o “normale” durante il picco della formazione delle galassie, 10 miliardi di anni fa. Ciò è in netto contrasto con le galassie odierne, in cui gli effetti della misteriosa materia oscura sembrano essere molto maggiori. Questo risultato sorprendente è stato ottenuto con il Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso e suggerisce che la materia oscura fosse meno rilevante nell’universo primordiale di quanto sia oggi. La ricerca viene presentata in quattro diversi articoli, uno dei quali pubblicato oggi dalla rivista Nature.

Rappresentazione schematica di galassie a disco in rotazione nell’universo primordiale (a destra) e al giorno d’oggi (a sinistra). Osservazioni con il Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso suggeriscono che questi dischi di galassie con formazione stellare massiccia nell’universo primordiale erano meno influenzati dalla materia oscura (mostrata in rosso) che era meno concentrata. Di conseguenza, le parti esterne delle galassie distanti ruotano più lentamente delle zone corrispondenti nelle galassie dell’universo locale. Le curve di rotazione, invece che essere piatte, scendono significativamente all’aumentare del raggio. Crediti: Eso

Vediamo la materia ordinaria sotto forma di stelle brillanti, gas incandescente e nubi di polvere. Ma la materia oscura, più sfuggente, non emette, assorbe o riflette la luce e si può osservare solo per mezzo dei suoi effetti gravitazionali. La presenza di materia oscura può spiegare perché le zone esterne delle galassie a spirale ruotano più velocemente di quello che ci aspetterebbe se fosse presente solo la materia ordinaria che possiamo vedere direttamente.

Ora un’equipe internazionale di astronomi, guidati da Reinhard Genzel del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching, Germania, ha usato gli strumenti Kmos e Sinfoni montati sul Vlt dell’Eso, in Cile, per misurare la rotazione di sei galassie massicce, con alta formazione stellare, nell’universo distante, al picco della formazione delle galassie 10 miliardi di anni fa.

Ciò che hanno trovato è molto interessante: diversamente dalle galassie a spirale dell’universo attuale, le regioni esterne di queste galassie distanti sembrano ruotare più lentamente delle regioni centrali – suggerendo che ci sia meno materia oscura di quanto previsto.

«Sorprendentemente, le velocità di rotazione non sono costanti, ma diminuiscono a mano a mano che ci si allontana dal centro della galassia», commenta Genzel, primo autore dell’articolo su Nature. «Ci sono probabilmente due cause. La prima: la maggior parte di queste galassie sono fortemente dominate da materia ordinaria, mentre la materia oscura gioca un ruolo molto inferiore rispetto all’Universo locale. La seconda: questi dischi primordiali erano molto più turbolenti delle galassie a spirale che vediamo nei nostri dintorni cosmici».

Entrambi gli effetti sembrano diventare più evidenti a mano a mano che gli astronomi guardano più indietro nel tempo, nell’universo primordiale. Ne consegue che 3 o 4 miliardi di anni dopo il big bang il gas nelle galassie si era già condensato in un disco piatto e rotante, mentre l’alone di materia oscura che le circonda rimaneva molto più grande e più diffuso. Apparentemente, sono occorsi molti più miliardi di anni perché anche la materia oscura si condensasse, così il suo effetto dominante sulla velocità di rotazione del disco galattico viene visto solo oggi.

Questa spiegazione è consistente con le osservazioni che mostrano che le galassie primordiali avevano molto più gas ed erano più compatte delle galassie di oggi.

Le sei galassie descritte in questo studio appartengono a un campione più ampio di un centinaio di galassie a disco distanti e con alta formazione stellare, osservate  dagli strumenti Kmos e Sinfoni montati sul Vlt. Oltre alle misure individuali citate prima, è stata creata una curva di rotazione media combinando i segnali più deboli delle altre galassie. La curva composita mostra la stessa tendenza: la velocità diminuisce allontanandosi dal centro della galassia. Inoltre, altri due studi di 240 dischi con alta formazione stellare ottengono risultati consistenti con questi.

Modelli dettagliati mostrano che mentre la materia ordinaria di solito costituisce in media metà della massa totale di tutte le galassie, domina invece completamente la dinamica delle galassie ai redshift più alti.

Fonte: comunicato stampa Eso

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “Strongly baryon-dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago“, di R. Genzel, N. M. Förster Schreiber, H. Übler, P. Lang, T. Naab, R. Bender, L. J. Tacconi, E. Wisnioski, S. Wuyts, T. Alexander, A. Beifiori, S. Belli, G. Brammer, A. Burkert, C. M. Carollo, J. Chan, R. Davies, M. Fossati, A. Galametz, S. Genel, O. Gerhard, D. Lutz, J. T. Mendel, I. Momcheva, E. J. Nelson, A. Renzini, R. Saglia, A. Sternberg, S. Tacchella, K. Tadaki e D. Wilman

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