Due fotogrammi presi dalla simulazione: a sinistra, la distribuzione di stelle in una galassia simile alla nostra, a destra la mappa della materia oscura presente nella stessa zona. Crediti: A. Wetzel
Qualcosa non torna nel conteggio delle galassie nane che popolano l’universo. Ne conosciamo moltissime, ma non abbastanza affinché il loro numero possa ben accordarsi con le predizioni fornite dai modelli cosmologici oggi più accreditati. Da cosa dipende questa profonda differenza? Gli scienziati stanno provando a dare una risposta definitiva a questa domanda, che incidentalmente potrebbe portare anche a una migliore comprensione del ruolo della materia oscura sulla formazione ed evoluzione delle galassie, a partire proprio da quelle nane . Per quanto ne sappiamo oggi la materia oscura, l’enigmatica sostanza che da sola raccoglie oltre un quarto della massa totale dell’universo, deve esercitare effetti gravitazionali tali che anche le galassie nane che orbitano attorno alla nostra, La Via Lattea, dovrebbero essere molte di più di quelle note.
Gli astronomi hanno avanzato varie teorie per spiegare il motivo di questa mancanza, ma nessuna è riuscita finora a giustificarla, tenendo anche presente le proprietà attese delle galassie nane come la loro massa, dimensione e densità. Vero è che negli ultimi anni il miglioramento degli strumenti e delle tecniche osservative hanno permesso di scovare nuovi satelliti della Via Lattea, ma anche così il divario tra quello che vediamo e quello che ci aspettiamo di vedere è ancora incolmabile.
Ad avvicinare ulteriormente queste due sponde dello studio del cosmo arriva ora un lavoro, basato su simulazioni al computer, guidato da Andrew Wetzel, del Carnegie Institute e del Caltech, in California. Nell’articolo che lo descrive, pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters, vengono presentate predizioni della distribuzione e delle caratteristiche delle galassie nane attorno alla Via Lattea che sembrano essere in ottimo accordo con le attuali osservazioni.
Wetzel e i suoi collaboratori hanno lavorato soprattutto su alcuni aspetti del modello teorico, in particolare sulla fisica dell’evoluzione stellare e come le supernove – le potenti esplosioni che segnano la fine delle stelle massicce – perturbano l’ambiente della galassia ospite. «Grazie ai miglioramenti che abbiamo apportato alla modellazione della fisica delle stelle, questa nuova simulazione ci ha offerto una chiara dimostrazione teorica che possiamo effettivamente capire le proprietà delle galassie nane che abbiamo osservato attorno alla Via Lattea, e con esse il ruolo svolto dalla materia oscura» dice Wetzel.
Nonostante a oggi queste siano le simulazioni più dettagliate dell’evoluzione di una galassia simile alla nostra, il team sta già sviluppando modelli ancora più accurati, che permetteranno di arrivare a ricostruire il comportamento anche delle galassie ultra-faint (ovvero ultra-deboli), difficilissime per la loro piccola massa ed esigua emissione luminosa da osservare.
«Le simulazioni numeriche N-body sempre più raffinate, come quelle descritte dagli autori, permettono di vincolare sempre meglio i parametri astrofisici di queste compagne della nostra Galassia», spiega Angelo Antonelli dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, al quale abbiamo chiesto un commento, «indicandoci così la quantità e la distribuzione della materia oscura che tiene legata la materia ordinaria (gas, stelle) in tali strutture. I valori risultanti dalle simulazioni vengono verificati attraverso le osservazioni. Ad esempio, in ottico si studiano le velocità di dispersione delle stelle di queste galassie, mappando così la massa (attraverso l’attrazione gravitazionale) a cui sono sottoposte. Un altro metodo è attraverso le osservazioni da terra e dallo spazio dei raggi gamma di altissima energia, che possono rivelare l’emissione di fotoni gamma prodotti dall’annichilazione delle particelle di materia oscura. Limiti stringenti sulla quantità di materia oscura in alcune galassie nane vicine sono stati posti recentemente grazie alle osservazioni di MAGIC e del satellite Fermi».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo “Reconciling dwarf galaxies with LCDM cosmology: Simulating a realistic population of satellites around a Milky Way-mass galaxy“, di Andrew R. Wetzel, Philip F. Hopkins, Ji-hoon Kim, Claude-Andre Faucher-Giguere, Dusan Keres ed Eliot Quataert