Nuove frontiere dell'astrofisica: galassie senza materia oscura e buchi neri

Scoperta una galassia distante 67 milioni di anni luce che sembra non contenere materia oscura

Materia oscura, ossia uno degli aspetti più fondamentali e allo stesso tempo sfuggenti dei modelli cosmologici. Se non incorporassimo la sua esistenza nelle equazioni di base dell’astrofisica, non si riuscirebbe a spiegare la velocità di rotazione delle galassie, gli ammassi che formano e i loro movimenti; d’altra parte, però, nessuno l’ha mai osservata direttamente né sa con precisione di cosa sia realmente composta, anche perché sembra davvero impenetrabile, nel senso che non interagisce con la materia ordinaria, e quindi sfugge ostinatamente alle osservazioni. Tutto ciò è racchiuso nell’aggettivo che la descrive – oscura come la selva dantesca – appioppatogli per lasciar intendere che al momento non ne sappiamo ancora molto. Eppure, la ricerca degli ultimi decenni non ha lesinato alcuno sforzo per cercare di confermarne l’esistenza, scandagliando il cielo alla ricerca di effetti gravitazionali inspiegabili che dimostrerebbero la presenza di enormi ammassi di materia completamente invisibili, elaborando modelli teorici per spiegarne la formazione nell’Universo primordiale, e cercando di inferirne la natura attraverso osservazioni indirette. E ora, ad aggiungere caos al caos, l’ennesima novità: un gruppo di scienziati della Yale University, coordinati dall’astrofisico Michal Keim, ha osservato una galassia che sembra tranquillamente fare a meno della materia oscura per muoversi ed esistere. Si chiama NGC 1052-DF9, è la terza di questo tipo, e la sua osservazione potrebbe aiutare a gettare nuova luce sul mistero della materia oscura. Obiettivo degli scienziati, ora, è capire se queste tre galassie senza materia oscura (più eventuali altre ancora non osservate) sono l’eccezione che confermano la regola o nascondono una nuova fisica ancora da scoprire. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal. L'anomalia di DF9 e il suo “peso” stellare Le altre due galassie senza materia oscura (NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4), oltre a presentare ammassi globulari insolitamente luminosi, formano una specie di “scia” con le altre galassie a bassa luminosità nel campo visivo di NGC 1052 (il campo visivo è la porzione di cielo che un telescopio riesce a inquadrare in una singola sessione di osservazione o l’area che circonda un oggetto celeste principale, in questo caso la grande galassia ellittica NGC 1052). “Se le altre galassie su questa scia si sono formate insieme a DF2 e DF4, ad esempio da gas separato dalla materia oscura tramite una collisione – scrivono i ricercatori – potrebbero anch’esse esserne prive. DF9 era il candidato ideale per testare questa ipotesi, essendo l’analogo più simile per luminosità e dimensioni a DF2 e DF4”. Per misurare l’“assenza” di qualcosa, i ricercatori hanno dovuto calcolare la cosiddetta massa dinamica del sistema, osservando come si muovono le stelle al suo interno: la metrica precisa si chiama dispersione di velocità stellare, che per DF9 si attesta intorno a 6,5 km/s. Bingo: se la galassia avesse avuto un normale alone di materia oscura, la velocità delle sue stelle sarebbe dovuta essere quattro volte tanto, donde la conclusione dei ricercatori che, proprio come per DF2 e DF4, la materia oscura non è necessaria per spiegare le dinamiche di DF9.

Il buco nero che "cucina" una galassia: scoperta dell'Università di Milano-Bicocca

Un buco nero di una galassia starebbe interferendo con la formazione di stelle in una galassia vicina, distante circa 11,7 miliardi di anni luce dalla Terra. È quanto emerge da un nuovo studio condotto dal gruppo di ricerca "Cosmic Web" dell'Università di Milano-Bicocca e dalla NASA, che ha utilizzato l'osservatorio a raggi X Chandra dell'agenzia spaziale statunitense. La "Red Potato" e il suo cuoco cosmico La galassia al centro della scoperta si chiama MQN01 J004131.9-493704, ma gli astronomi l'hanno soprannominata "Red Potato" per via del suo aspetto nelle immagini del telescopio spaziale James Webb della NASA. Si trova nella stessa struttura cosmica in cui il gruppo Cosmic Web aveva già individuato la galassia a disco gigante "Big Wheel", in un punto di intersezione dove gigantesche strutture reticolari di galassie e gas si incontrano. Gli astronomi avevano scelto di puntare il James Webb su quest'area proprio perché contiene una delle più alte concentrazioni di galassie e buchi neri supermassicci in crescita mai identificate nell'universo primordiale. I dati del Very Large Telescope dell'Osservatorio Europeo Australe (ESO) mostrano che la "Red Potato" è circondata da un'enorme nube di gas relativamente freddo. Ci si aspettava quindi che la galassia contenesse un gran numero di giovani stelle, formatesi dopo che parte del gas era stata attratta al suo interno. Ma così non è stato. Il getto che "rimescola la pentola" Per descrivere il fenomeno, i ricercatori hanno usato una metafora culinaria: un buco nero starebbe mescolando una "pentola" di gas contenente la galassia "Red Potato". La nube che circonda MQN01 J004131.9-493704 risulta infatti insolitamente turbolenta rispetto a quelle che avvolgono altre galassie. Questa turbolenza potrebbe impedire al gas di precipitare sulla galassia e alimentare la nascita di nuove stelle. "Le stelle non si stanno formando come previsto, quindi abbiamo cercato di capirne il motivo - afferma Weichen Wang, ricercatore di astronomia e astrofisica dell'Università di Milano-Bicocca - e abbiamo scoperto che potrebbe esserci un "cuoco" in questa 'cucina cosmica'". Grazie alle osservazioni di Chandra, il team ha identificato l'origine della turbolenza: un getto di particelle proveniente dal buco nero di una galassia vicina, distante circa 200mila anni luce dalla "Red Potato", diretto proprio verso la nube di gas che la circonda. "Se il getto del buco nero sta agitando il gas intorno alla galassia "Red Potato", potrebbe rallentare notevolmente la velocità con cui la galassia può acquisire nuovo materiale per formare stelle", ha affermato Sebastiano Cantalupo, professore di astronomia, cosmologia e scienza dello spazio dell'Università di Milano-Bicocca e coordinatore del gruppo di ricerca "Cosmic Web". “Con l'energia derivante da questo rimescolamento, la galassia non riceverà più combustibile per formare nuove stelle al ritmo previsto per galassie simili nella stessa epoca cosmica”, afferma. Un fenomeno raro nell'universo primordiale Al contrario della "Red Potato", composta principalmente da stelle più vecchie e fredde - e per questo rossastra nei dati ottici e infrarossi - la galassia che ospita il buco nero è in fase di intensa formazione stellare, come la maggior parte delle altre galassie vicine. Gli autori hanno valutato anche altre possibili cause della turbolenza, tra cui le eruzioni di un buco nero supermassiccio al centro della "Red Potato" o l'energia prodotta da un'intensa nascita di stelle. Le hanno però ritenute meno probabili rispetto all'ipotesi del getto esterno. Per lo studio sono stati utilizzati anche i dati del telescopio spaziale Hubble della NASA. Questo lavoro è uno dei pochi studi pubblicati ad aver indagato il comportamento del gas che circonda galassie passive nell'universo primordiale. Gli astronomi intendono ora approfondire come galassie e buchi neri interagiscano tra loro in quest'epoca critica della storia dell'universo, e come tali interazioni influenzino i tempi e le modalità di formazione delle stelle.