Le galassie ellittiche fanno nuova luce sulla materia oscura


Negli anni ’30 del secolo scorso, si notò per la prima volta che la dinamica degli oggetti astrofisici (galassie, ammassi di galassie e l’universo stesso) richiedeva una forma di massa invisibile e sconosciuta, oggi conosciuta come materia oscura. Le forti discrepanze di massa nelle galassie a spirale misurate negli anni ’70 diedero nuovo peso al concetto di materia oscura e motivarono i fisici a proporre una serie di candidati di particelle di materia oscura.

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Nei 50 anni trascorsi da allora, intense campagne mondiali per individuare, direttamente o indirettamente, le particelle di materia oscura non hanno avuto successo. Poiché il problema della materia oscura è attualmente “perso nel buio”, sono sorte altre scuole di pensiero che suggeriscono che invece di cercare la materia “fantasma” mancante, dovremmo invece modificare la nostra comprensione della dinamica o della gravità. Si tratta dei cosiddetti approcci alla dinamica newtoniana modificata (MOND) o alla gravità modificata (MOG).

Le leggi empiriche di Keplero su come i pianeti orbitano intorno al sole, scoperte circa 400 anni fa, hanno portato allo sviluppo della teoria della dinamica e della gravità di Newton poco dopo. Con questa lezione storica in mente, alcuni astronomi hanno chiesto se le leggi kepleriane dei moti stellari nelle galassie possano avere un indizio cruciale per risolvere l’enigma della materia oscura. Il lavoro precedente ha studiato le stelle nelle galassie a spirale, dove l’accelerazione gravitazionale è tipicamente da 100 miliardi a 1 trilione di volte più piccola che sulla Terra.

Gli astrofisici Kyu-Hyun Chae della Sejong University, Corea del Sud, e Mariangela Bernardi e Ravi K. Sheth della University of Pennsylvania, USA, hanno dimostrato che vari scenari di materia oscura, MOND o MOG, fanno previsioni divergenti con accelerazioni da 10 a 100 volte superiori, e hanno sottolineato che le enormi galassie ellittiche sono eccellenti laboratori per questo test.

La collaborazione tra Corea e Stati Uniti ha accuratamente selezionato galassie quasi sferiche dal Sloan Digital Sky Survey e dal sondaggio ATLAS3D e ha dimostrato che esse erano effettivamente in grado di ricavare una relazione di accelerazione (una legge simile a quella di Keplero) tra i barioni (materia normale) e la materia oscura o fantasma. Sebbene il quadro MOND stesso che M. Milgrom ha suggerito più di 30 anni fa non sia escluso dalla loro nuova relazione di accelerazione, alcune teorie più recenti lo sono. Così, la loro relazione limita significativamente lo spazio di possibili modifiche della dinamica o della gravità e illumina le direzioni per le ricerche future che hanno maggiori probabilità di fare nuova luce sulla materia oscura e su come essa è correlata ai baroni.

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