INTERAZIONI FRA DARK MATTER E MATERIA LUMINOSA

Dalle galassie tenebrose alla materia oscura

Uno studio della Sissa ha messo a confronto le curve di rotazione di galassie a bassa luminosità superficiale. «È stata una grande sorpresa verificare che galassie di morfologia e storia molto differente mostrano le stesse relazioni tra le proprietà della materia oscura e quelle della materia luminosa», dice la prima autrice dell’articolo, Chiara di Paolo

     18/12/2019
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La galassia a bassa luminosità superficiale Ugc 477,  situata a poco più di 110 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dei Pesci. Crediti: Esa/Hubble & Nasa, Judy Schmidt

Si chiamano galassie a bassa luminosità superficiale ed è grazie a loro che sono state ottenute importanti conferme e nuove informazioni su uno dei più grandi misteri del cosmo: la materia oscura. «Abbiamo riscontrato che le galassie a disco possono essere rappresentate da una relazione universale. In particolare in questo lavoro abbiamo analizzato le così dette Low Surface Brightness – Lsb, ovvero le galassie a bassa luminosità superficiale, un tipo particolare di galassie a disco rotante, chiamate così perché hanno una bassa densità luminosa», racconta Chiara di Paolo, astrofisica della Sissa e prima autrice di uno studio pubblicato lo scorso settembre su Mnras insieme a Paolo Salucci (astrofisico della Sissa) ed Erkurt Adnan (Istanbul University). I ricercatori hanno analizzato le velocità con cui ruotano le stelle e i gas che compongono le galassie oggetto dello studio, notando che anche le Lsb hanno un comportamento molto omogeneo. Un risultato che consolida alcuni indizi sulla presenza e sul comportamento della materia oscura, aprendo anche nuovi scenari sulle sue interazioni con la materia luminosa.

Luci e ombre sulla materia

C’è ma non si vede. La materia oscura sembra costituire circa il 90 per cento della massa dell’Universo, ha degli effetti rilevabili sugli altri oggetti presenti nel cosmo, eppure non si riesce a osservare in modo diretto perché non emette luce (almeno per il modo in cui è stata cercata finora). Uno dei metodi per studiarla è quello delle curve di rotazione delle galassie, sistemi che descrivono l’andamento della velocità delle stelle in base alla distanza che hanno dal centro della galassia. Le variazioni che si osservano, sono legate alle interazioni gravitazionali dovute alla presenza di stelle e alla componente oscura della materia. Di conseguenza, le curve di rotazione sono un buon modo per avere informazioni sulla materia oscura sulla base dei suoi effetti su ciò che è possibile osservare. In particolare l’analisi delle curve di rotazione può essere condotta su galassie individuali o su gruppi di galassie accomunate da simili caratteristiche secondo il metodo di curva di rotazione universale (Urc).

La novità della ricerca consiste nell’aver applicato per la prima volta il metodo Urc, già utilizzato per altri tipi di galassie, a un numeroso campione di quelle a bassa luminosità superficiale, ottenendo risultati simili. «Abbiamo confrontato le curve di rotazione di varie galassie Lsb riscontrando che non ci sono discontinuità ma variazioni graduali e ordinate partendo dalle piccole verso le grandi. Una cosa simile era stata osservata anche per le galassie a spirale», spiega l’altro autore dello studio, Salucci. «Questo metodo è stato applicato per la prima volta nel 1996 e a oggi ha mostrato che tutte le galassie a disco, quelle a spirale, quelle nane e ora anche le Lsb, possono essere rappresentate da una relazione universale. Questo vuol dire che riusciamo a esprimere un trend ordinato attraverso una formula che, tenendo conto di pochissimi parametri, descrive come sono distribuite la materia oscura e la materia luminosa».

Nuovi scenari possibili

Come spesso accade nella ricerca scientifica, lo studio ha rivelato risultati ulteriori, sorprendenti e inaspettati. «Abbiamo scoperto delle relazioni di scala tra le proprietà del disco stellare e quelle dell’alone di materia oscura, ad esempio una relazione tra le dimensioni del disco di stelle e le dimensioni della regione interna a densità costante dell’alone di materia oscura», spiega Di Paolo. «Inoltre, confrontando le relazioni trovate nelle Lsb con quelle ottenute in galassie di diverso tipo, abbiamo visto che sono tutte quasi coincidenti. Ed è stata una grande sorpresa verificare che galassie di morfologia e storia molto differente mostrano le stesse relazioni tra le proprietà della materia oscura e quelle della materia luminosa». Questo risultato, unito ad alcune particolarità delle galassie Lsb, apre una serie di nuovi scenari tra cui quello dell’esistenza di un altro tipo di interazione diretta, oltre a quella gravitazionale, tra i due tipi di materia che costituiscono le galassie. Un’idea affasciante che per ora resta da verificare da nuove osservazioni.

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