NOTEVOLE ACCORDO TRA OSSERVAZIONI E ASPETTATIVE DELLA TEORIA MOND

Fornace, nessuna traccia d’aloni di materia oscura

I risultati di uno studio condotto sulle galassie nane del vicino ammasso della Fornace sfidano il modello cosmologico standard, suggerendo che tali galassie siano prive di aloni di materia oscura. Gli autori trovano invece un notevole accordo tra le osservazioni e le aspettative della Mond, o Dinamica newtoniana modificata. Lo studio è stato pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

     08/08/2022
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La galassia nana Ngc 1427a si trova nell’ammasso di galassie della Fornace e risente di disturbi che non sarebbero possibili se questa galassia fosse circondata da un alone di materia oscura pesante ed esteso, come richiesto dalla cosmologia standard. Crediti: Eso

Secondo il modello cosmologico standard, la stragrande maggioranza delle galassie è circondata da un alone di materia oscura. Questo alone è invisibile, ma la sua massa esercita una forte attrazione gravitazionale sulle galassie vicine. Un nuovo studio condotto dall’Università di Bonn (Germania) e dall’Università di Saint Andrews (Scozia), sfida questa visione dell’universo. I risultati suggeriscono infatti che le galassie nane del secondo ammasso di galassie più vicino alla Terra, noto come ammasso della Fornace, siano prive di tali aloni di materia oscura. Lo studio è apparso sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Le galassie nane sono piccole e deboli galassie che di solito si trovano in ammassi di galassie o vicino a galassie più grandi. Per questo motivo, potrebbero essere influenzate dagli effetti gravitazionali delle loro compagne più grandi.

«Abbiamo introdotto un modo innovativo per testare il modello standard, basato su quanto le galassie nane sono disturbate dalle maree gravitazionali generate da galassie più grandi a loro vicine», spiega Elena Asencio, dottoranda all’Università di Bonn e autrice principale dello studio. Le maree si verificano quando la gravità di un corpo attrae in modo diverso parti diverse di un altro corpo. Un po’ come accade per le maree sulla Terra, dovute al fatto che la Luna attrae con più forza il lato della Terra a lei rivolto.

L’ammasso della Fornace ha una ricca popolazione di galassie nane. Osservazioni recenti mostrano che alcune di queste appaiono distorte, come se fossero state perturbate dall’ambiente dell’ammasso. «Tali perturbazioni nelle nane della Fornace non sono previste dal modello standard», dice Pavel Kroupa, professore all’Università di Bonn e alla Charles University di Praga. «Questo perché, secondo il modello standard, gli aloni di materia oscura di queste nane dovrebbero in parte proteggerle dalle maree indotte dall’ammasso».

Gli autori hanno analizzato il livello atteso di perturbazione delle nane, che dipende dalle loro proprietà interne e dalla loro distanza dal centro dell’ammasso. Le galassie di grandi dimensioni ma con masse stellari basse e le galassie vicine al centro dell’ammasso sono più facilmente perturbate o distrutte. Hanno confrontato i risultati con il livello di perturbazione osservato, evidente dalle immagini scattate dal Vlt Survey Telescope (Vst) dell’European Southern Observatory (Eso). «Il confronto ha mostrato che, se si vogliono spiegare le osservazioni nell’ambito del modello standard», spiega Asencio, «le nane della Fornace dovrebbero già essere distrutte dalla gravità dal centro dell’ammasso quando le maree generate su una nana sono sessantaquattro volte più deboli dell’autogravità della nana stessa. Non solo questo è controintuitivo ma contraddice anche studi precedenti, secondo i quali la forza esterna necessaria per perturbare una galassia nana è più o meno la stessa dell’autogravità della nana».

Da questo gli autori hanno concluso che, nell’ambito del modello standard, non è possibile spiegare le morfologie osservate delle nane della Fornace in modo autoconsistente. Hanno quindi ripetuto l’analisi utilizzando la Dinamica newtoniana modificata (conosciuta come Mond), proposta dal fisico israeliano Mordehai Milgrom in una serie di tre articoli nel 1983. Invece di assumere aloni di materia oscura che circondano le galassie, la teoria Mond propone una correzione alla dinamica newtoniana in base alla quale la gravità a basse accelerazioni è più forte di quanto sarebbe previsto da una pura comprensione newtoniana.

«Non eravamo sicuri che nella teoria Mond le galassie nane sarebbero state in grado di sopravvivere all’ambiente estremo di un ammasso di galassie, a causa dell’assenza di aloni protettivi di materia oscura in questo modello», ammette Indranil Banik dell’Università di St Andrews, «ma i nostri risultati mostrano un notevole accordo tra le osservazioni e le aspettative della Mond per il livello di disturbo delle nane della Fornace».

«È emozionante vedere che i dati che abbiamo ottenuto con Vst hanno consentito un test così approfondito dei modelli cosmologici», dicono Aku Venhola dell’Università di Oulu (Finlandia) e Steffen Mieske dell’Eso, coautori dello studio.

Questa non è la prima volta che un test dell’effetto della materia oscura sulla dinamica e sull’evoluzione delle galassie conclude che le osservazioni si spiegano meglio quando le galassie non sono circondate da materia oscura. «Il numero di pubblicazioni che mostrano incompatibilità tra le osservazioni e il paradigma della materia oscura continua ad aumentare ogni anno. È tempo di iniziare a investire più risorse in teorie più promettenti», aggiunge Kroupa.

«I nostri risultati hanno importanti implicazioni per la fisica fondamentale. Ci aspettiamo di trovare nane più perturbate in altri ammassi, una previsione che altri team dovrebbero verificare», conclude Hongsheng Zhao dell’Università di St Andrews.

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