NE PREVEDE L'ASIMMETRIA DELLE DUE CODE E IL TEMPO DI SOPRAVVIVENZA

La Mond governa gli ammassi aperti?

Nel corso dell'analisi di alcuni ammassi stellari, un team internazionale di astrofisici ha fatto una scoperta sorprendente, che sfida le leggi della gravità di Newton. Le osservazioni sono invece coerenti con le previsioni di una controversa teoria alternativa della gravità, la Mond. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

     31/10/2022
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Pavel Kroupa dell’Helmholtz Institute of Radiation and Nuclear Physics dell’University di Bonn. Crediti: Volker Lannert / University of Bonn

Oggetto dello studio in questione sono gli ammassi aperti, che si formano quando migliaia di stelle nascono in breve tempo da un’enorme nube di gas. Mentre si accendono, le stelle spazzano via i resti della nube. Nel processo, l’ammasso si espande notevolmente e si crea un gruppo da diverse decine a diverse migliaia di stelle. Rispetto agli ammassi globulari, hanno meno stelle, un’attrazione gravitazionale meno forte e risiedono all’interno del disco galattico. Per questo vengono anche chiamati ammassi galattici. Sono oggetti giovani (astronomicamente parlando) e contengono quindi molte stelle calde e luminose. Questo li rende visibili da grandi distanze, e facili da osservare anche con piccoli strumenti. Basti pensare alle Pleiadi, uno dei più famosi ammassi aperti.

«Nella maggior parte dei casi, gli ammassi stellari aperti sopravvivono solo poche centinaia di milioni di anni prima di dissolversi», spiega Pavel Kroupa dell’Helmholtz Institute of Radiation and Nuclear Physics (Hiskp) presso l’Università di Bonn. Nel processo, gli ammassi perdono stelle con regolarità, che si accumulano in due cosiddette code mareali. Una di queste code viene tirata dietro l’ammasso mentre viaggia nello spazio; l’altra, al contrario, prende il comando davanti all’ammasso, come una punta di diamante.

«Secondo le leggi di gravità di Newton, è casuale in quale delle code finisce una stella perduta», spiega Jan Pflamm-Altenburg di Hiskp. «Quindi entrambe le code dovrebbero contenere all’incirca lo stesso numero di stelle. Tuttavia, nel nostro lavoro siamo stati in grado di provare per la prima volta che questo non è vero: negli ammassi che abbiamo studiato, la coda anteriore contiene sempre un numero significativamente maggiore di stelle vicine all’ammasso rispetto alla coda posteriore».

Fino a oggi è stato quasi impossibile determinare, tra i milioni di stelle vicine a un ammasso, quelle che appartengono alle sue code. «Per fare questo, bisogna guardare la velocità, la direzione del moto e l’età di ciascuno di questi oggetti», spiega Tereza Jerabkova, che ha sviluppato un metodo che ha permesso di contare con precisione le stelle nella coda per la prima volta. «Finora, sono stati studiati cinque ammassi aperti vicino a noi (Iadi, Presepe, ammasso della Chioma di Berenice, Coin-Gaia 13, Ngc 752, ndr)», dice. «Quando abbiamo analizzato tutti i dati, abbiamo riscontrato la contraddizione con la teoria attuale. I dati molto precisi della missione spaziale Gaia dell’Esa si sono dimostrati indispensabili per farlo».

Nell’ammasso stellare delle Iadi (in alto), il numero di stelle (nere) nella coda di marea anteriore è significativamente maggiore di quelle nella parte posteriore. Nella simulazione al computer con la Mond (sotto), emerge un quadro simile. Crediti: A.G. Kroupa / Uni Bonn

I dati osservativi si adattano molto meglio a una teoria che tra gli esperti va sotto l’acronimo Mond Modified Newtonian Dynamics, dinamica newtoniana modificata o gravità modificata. «In parole povere, secondo la Mond, le stelle possono lasciare un ammasso attraverso due porte diverse», spiega Kroupa. «Una conduce alla coda della marea posteriore, l’altra alla parte anteriore. Tuttavia, la prima è molto più stretta della seconda, quindi è meno probabile che una stella lasci l’ammasso attraverso di essa. La teoria della gravità di Newton, d’altra parte, prevede che entrambe le porte dovrebbero avere la stessa larghezza».

Il team ha calcolato la distribuzione stellare prevista secondo la Mond. «I risultati corrispondono sorprendentemente bene alle osservazioni», sottolinea Ingo Thies. «Tuttavia, abbiamo dovuto ricorrere a metodi computazionali relativamente semplici per farlo. Al momento non abbiamo gli strumenti matematici per analisi più dettagliate della dinamica newtoniana modificata».

Le simulazioni corrispondono molto bene con le osservazioni anche sotto un altro aspetto: hanno previsto per quanto tempo dovrebbero sopravvivere gli ammassi aperti, e questo arco di tempo è significativamente più breve di quanto ci si aspetterebbe secondo le leggi di Newton. «Questo spiega un mistero noto da molto tempo», sottolinea Kroupa. «Ovvero, gli ammassi stellari nelle galassie vicine sembrano scomparire più velocemente di quanto dovrebbero».

Tuttavia, tra gli esperti la teoria Mond è parecchio dibattuta. Poiché le leggi di gravità di Newton non sarebbero valide in determinate circostanze, ma dovrebbero essere modificate, ciò avrebbe conseguenze di vasta portata anche per altre aree della fisica. «D’altra parte, risolve molti dei problemi che la cosmologia deve affrontare oggi», spiega Kroupa. Il team sta ora esplorando nuovi metodi matematici per simulazioni ancora più accurate, che potrebbero quindi essere utilizzate per trovare ulteriori prove sul fatto che la teoria Mond sia corretta o meno.

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