AMMASSI GLOBULARI COME TRACCIANTI PER LA DARK MATTER

La materia oscura perduta delle galassie trasparenti

Servendosi di Illustris, un team di ricercatori guidato dall'Università della California, Riverside, ha scoperto che alcune galassie della simulazione hanno perso più del 90 per cento della loro materia oscura a causa del fenomeno di distruzione mareale, dando origine a galassie ultradiffuse e giustificando così l’esistenza delle cosiddette galassie trasparenti. Tutti i dettagli su Mnras

     11/02/2021
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Proiezione su larga scala attraverso il volume di Illustris a z = 0, centrata sull’ammasso più massiccio. L’immagine mostra la densità della materia oscura (a sinistra) e quella del gas (a destra). Crediti: 2018 The Illustris Collaboration.

Un team guidato da astronomi dell’Università della California, Riverside, ha scoperto come alcune galassie nane che oggi sembrano prive di materia oscura, in passato probabilmente ne erano invece dominate. Tali galassie, come le ultradiffuse recentemente scoperte e conosciute come Df2 e Df4, sfidano il modello cosmologico standard (Lambda Cold Dark Matter, o Λ-Cdm) secondo il quale tutte le galassie dovrebbero essere circondate da un alone di materia oscura, massiccio ed esteso. Gli autori sono partiti dal presupposto che un modo per studiare i possibili meccanismi di formazione di queste galassie sarebbe stato quello di cercarle nelle simulazioni numeriche e, una volta trovate, studiare la loro evoluzione temporale e le circostanze che possono condurle alla perdita della materia oscura.

«È una sfida», dice Jessica Doppel del Dipartimento di fisica e astronomia della Uc Riverside, prima autrice dell’articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Trovare nelle simulazioni oggetti analoghi a quelli che si sono osservati è significativo e per niente scontato. Iniziare a definire le origini di questi oggetti e delle loro popolazioni di ammassi globulari spesso anomali ci consente di consolidare ulteriormente la nostra struttura teorica della materia oscura e della formazione delle galassie e conferma che non sono necessarie forme alternative di materia oscura. Abbiamo riscontrato che la materia oscura fredda funziona bene».

Per lo studio, i ricercatori hanno utilizzato una simulazione cosmologica e idrodinamica chiamata Illustris, che offre un modello di formazione galattica che include l’evoluzione stellare, il supernova feedback, l’accrescimento di buchi neri e le fusioni di galassie. I ricercatori hanno scoperto che un paio di galassie nane negli ammassi avevano un contenuto stellare, un numero di ammassi globulari e una massa di materia oscura simili alle famose Df2 e Df4. Come suggerisce il nome, una galassia nana è piccola e racchiude fino a diversi miliardi di stelle. Al contrario, la Via Lattea, attorno alla quale orbitano più di 20 galassie nane conosciute, ha da 200 a 400 miliardi di stelle. Gli ammassi globulari sono spesso usati per stimare il contenuto di materia oscura delle galassie, in particolare delle nane.

Laura Sales (seduta a sx) con il suo gruppo di reicerca: da sinistra, Ethan Jahn, Lydia Elias e Jessica Doppel, prima autrice dell’articolo su Mnras. Crediti: Ucr/Stan Lim

I ricercatori hanno trovato nella simulazione Illustris oggetti analoghi alle Df2 e Df4, osservando che tali galassie nane derivano da oggetti evoluti per lungo tempo all’interno degli ammassi di galassie, che hanno perso più del 90 percento della loro materia oscura a causa del fenomeno di distruzione mareale. «È interessante notare che lo stesso meccanismo di stripping dovuto alle forze mareali è in grado di spiegare altre proprietà di galassie come le Df2 e Df4, per esempio il fatto che sono galassie ultradiffuse», spiega la coautrice Laura Sales, dell’Ucr. «Le nostre simulazioni suggeriscono una soluzione sia per la struttura di queste nane che per il loro basso contenuto di materia oscura. Forse, l’estrema perdita di massa che si è verificata a causa delle interazioni mareali in galassie nane che sarebbero altrimenti normali, è il modo in cui si formano gli oggetti ultradiffusi».

Questi risultati sembrano essere in accordo con lo studio pubblicato nel novembre dello scorso anno, che dimostrava come nuovi dati del telescopio spaziale Hubble della Nasa/Esa hanno fornito le prove di una distruzione mareale nella galassia Df4.

In collaborazione con i ricercatori del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania, il gruppo della Sales ora sta lavorando a simulazioni ancora più accurate che presentano una fisica più dettagliata e una risoluzione numerica circa 16 volte migliore della simulazione Illustris. «Con questi dati, saremo in grado di estendere il nostro studio anche a nane di massa inferiore, che sono più abbondanti nell’universo e che dovrebbero essere maggiormente dominate dalla materia oscura nei loro centri, rendendole più difficili da spiegare», ha detto Doppel. «Verificheremo se la distruzione mareale potrebbe rappresentare un percorso per esaurire la materia oscura nelle galassie nane. Abbiamo in programma di fare previsioni sul contenuto stellare, sugli ammassi globulari e sulla materia oscura delle nane, che poi confronteremo con le future osservazioni».

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