Un’immagine Hubble Space Telescope della galassia a spirale barrata NGC 1300. Crediti: HST / NASA / ESA
Nonostante gli sforzi compiuti da parte dei fisici delle particelle, finora nessuno è stato in grado di capire di che cosa è fatta la materia oscura. Questo ha spinto molti ricercatori a proporre nuovi test per tentare di comprendere le proprietà di questa enigmatica componente, che rappresenta circa un quarto del contenuto materia-energia dell’Universo. Uno di questi venne proposto circa 20 anni fa e riguarda la predizione in base alla quale gli aloni galattici dovrebbero frenare la rotazione delle galassie a spirale barrate. L’idea è che, se esse ruotano lentamente, questo potrebbe rappresentare una forte evidenza a favore dell’azione gravitazionale esercitata dagli aloni, se invece ruotano più velocemente, allora si potrebbe mettere in dubbio la loro esistenza e quindi il modello standard della cosmologia moderna. Oggi, però, uno studio pubblicato su Astrophysical Journal (ApJ) condotto da un team di ricercatori dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (Iac) conclude che le galassie a spirale barrate stanno ruotando molto più lentamente di quanto ipotizzato a causa della materia oscura.
Di solito, nelle galassie a spirale le stelle della struttura a barra ruotano più velocemente rispetto ai bracci a causa della gravitazione. Gli astronomi definiscono attorno al nucleo galattico il cosiddetto “corroding circle”, formato da tutti i punti equidistanti dal centro della galassia dove le stelle della barra e quelle restanti del disco ruotano con la stessa velocità. La distanza tra questi punti, che formano il cerchio, e il nucleo viene chiamata “raggio di corotazione” e può essere determinato dalle osservazioni. Inoltre, è possibile derivare attraverso un metodo quantitativo la velocità di rotazione della struttura a barra.
Ora, secondo le predizioni, se il raggio di corotazione fosse situato a una distanza dal centro galattico maggiore di 1,4 volte la lunghezza della barra, ciò rappresenterebbe la prova che la rotazione della barra può essere frenata dall’alone di materia oscura che circonda la galassia. Il problema è che non è immediato misurare il raggio di corotazione, ma durante gli ultimi decenni sono state eseguite numerose misure, almeno su qualche dozzina di galassie, e i valori misurati relativi al rapporto tra il raggio di corotazione e la lunghezza della barra sono risultati tutti inferiori a 1,4. Questi dati hanno sollevato dubbi sull’esistenza degli aloni di materia oscura, mettendo quasi in pericolo l’idea dell’esistenza stessa della materia oscura. Ma lo studio dei ricercatori dello Iac mostra che le strutture a barra stanno di fatto ruotando molto più lentamente.
«Abbiamo cercato una spiegazione», dice Joan Font dell’Iac e primo autore dello studio. «L’unica cosa che abbiamo ritenuto plausibile è che molto probabilmente man mano che le barre si allungano esse tendono a rallentare, perciò il rapporto tra il raggio di corotazione e la lunghezza della barra non aumenta anche se l’alone di materia oscura le sta rallentando». Inoltre, Font e colleghi hanno interpellato Inmaculada Martínez, fisica teorica allo Iac, per realizzare una serie di simulazioni in modo da vedere se questa idea funzionava.
Martínez aveva già costruito alcuni modelli per vedere come si comportano le strutture a barra man mano che la galassia evolve e sapeva che queste strutture tendono ad allungarsi man mano che incorporano nuove stelle dal disco. «Quando ho usato un modello costruito per analizzare attentamente come l’alone di materia oscura influenza la struttura a barra, ho trovato che il rapporto poteva diventare più piccolo di 1,4 anche quando la barra veniva rallentata dall’alone», spiega Martínez.
La combinazione di questi modelli con i dati osservativi ha “salvato”, per così dire, la materia oscura negli aloni galattici, dato che le precedenti simulazioni sembravano rigettare il suo effetto gravitazionale, generando così una controversia nel campo dell’astrofisica. «Ora», conclude John Beckman del Departamento de Astrofísica dell’Universidad de La Laguna, a Tenerife, e co-autore dello studio, «abbiamo mostrato come tutto questo è stato dovuto all’utilizzo di simulazioni inadeguate che invece erano considerate buone. La realtà è che le strutture a barra che ruotano più rapidamente sono quelle che in pratica stanno maggiormente rallentando».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Astrophysical Journal: J. Font et al. 2017 – Kinematic Clues to Bar Evolution for Galaxies in the Local Universe: Why the Fastest Rotating Bars are Rotating Most Slowly
- Leggi il preprint su arXiv: Kinematic Clues to Bar Evolution for Galaxies in the Local Universe: Why the Fastest Rotating Bars are Rotating Most Slowly