Nel cuore delle galassie a spirale si trova una regione sferica composta da particelle di materia oscura. Di recente un gruppo di ricercatori guidati da Gauri Sharma e Paolo Salucci della SISSA, ha studiato un gran numero di galassie lontane, per caratterizzare questa regione. La ricerca rivela che essa ha due caratteristiche distintive: una densità di materia costante, entro una certa distanza; e un’espansione lenta, ma inesorabile, nel tempo.

Queste conclusioni suggerirebbero l’esistenza di un’interazione diretta tra le particelle di materia oscura e quelle di materia ordinaria (protoni, neutroni, elettroni e fotoni). Un’ipotesi in diretto conflitto con l’attuale modello cosmologico standard, rappresentato dalla Lambda-Cold Dark Matter Theory (Lambda-CDM). Tale teoria postula infatti che la materia oscura fredda sia inerte, non in grado d’interagire con altre particelle, se non attraverso la gravità. Lo studio potrebbe rappresentare l’inizio della soluzione ad uno dei più grandi misteri della fisica moderna, basato su effetti dimostrabili ma non ancora dimostrati sui corpi celesti.

Le galassie: oggetti interessanti per studiare la materia oscura

Sappiamo che poco più dell’80% della massa del cosmo è costituita da materia oscura. La sua presenza domina le galassie, e questo sembra essere causato dal fatto che le stelle e l’idrogeno gassoso si muovono come governati da un qualche elemento invisibile. Finora, gli scienziati si sono concentrati sullo studio delle galassie vicine per meglio comprendere questo fenomeno. Tuttavia, nello studio di Sharma e Salucci si è tentato un approccio diverso. Sharma spiega:

Per la prima volta cercavamo di osservare e determinare la distribuzione della massa delle galassie a spirale con la stessa morfologia di quelle vicine, ma molto più lontane. Anticipate di circa sette miliardi di anni! L’idea è essenzialmente che queste progenitrici di galassie a spirale come la nostra possano offrire indizi fondamentali sulla natura della particella al centro del mistero della materia oscura.

In questo modo, i ricercatori sono riusciti a caratterizzare meglio la regione centrale nelle galassie a spirale, per studiarne la materia oscura presente.

E se la materia oscura interagisse con quella ordinaria?

Lo studio suggerisce che questa regione centrale non si comporta come previsto dal modello cosmologico standard. Entro una certa distanza la densità di materia oscura risulta essere costante, qualcosa che può essere avvenuto nel corso del tempo in un modo che ancora non possiamo spiegarci.

In particolare, sottolineano Salucci e Sharma, le evidenze sarebbero molto difficili da spiegare se le particelle di materia oscura non avessero in alcun modo reagito con la materia ordinaria. Ed è proprio questa interazione che ora sembrerebbe essere divenuta un’ipotesi più fondata di quanto fosse prima.

Un’espansione lenta, ma inesorabile

I dati mostrano anche che la regione a densità costante si sta espandendo. Lentamente, ma inesorabilmente. Come e perché questo sta avvenendo? Salucci spiega:

La cosa più semplice è che, all’inizio, quando si è formata la galassia, la distribuzione della materia oscura nell’alone sferico era quella prevista dalla teoria Lambda-CDM, con un picco di densità al centro. Successivamente si è formato il disco galattico che caratterizza le galassie a spirale, circondato da un alone di particelle di materia oscura estremamente dense. Col passare del tempo, l’effetto dell’interazione che abbiamo postulato significava che le particelle venivano catturate dalle stelle o espulse nelle parti più esterne della galassia.

Sarebbe quindi questo processo di espansione a creare una regione sferica con densità costante dentro l’alone di materia oscura. Le dimensioni di questa regione aumentano progressivamente nel tempo, fino a raggiungere quelle del disco stellare galattico.

Nuovi modelli sulla materia oscura chiariranno le cose

I risultati dello studio suggeriscono che altri modelli sulla materia oscura presente nelle galassie lontane potrebbero essere realistici. Modelli che devono però tener conto dell’evoluzione temporale e dell’espansione.

Essi saranno d’aiuto per comprendere più a fondo i misteri della materia oscura, sostiene Salucci. E in particolare, per concludere, egli afferma: “In linea con la filosofia di Nietzsche, la verità di questo mistero può essere rivelata non dettagliando lo scenario più bello, quello matematicamente più elegante, semplice e anticipato come un’espansione di lungo. Piuttosto invece attraverso uno scenario “brutto” determinato da una fenomenologia osservativa inelegante e complicata. Una teoria fisica trascurata che è completamente estranea a quella che ci è familiare.”

Lo studio, pubblicato per Astronomy & Astrophysics, è reperibile qui.

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