Attorno alla nostra Galassia orbitano alcune galassie, piccole e poco luminose. Si tratta delle cosiddette galassie nane, da tempo ritenute essere antichi satelliti della Via Lattea, in orbita da quasi 10 miliardi di anni.

Un nuovo studio, basato sull’Early Data Release 3 di dicembre 2020 del satellite Gaia dell’ESA, suggerisce che le cose non stiano esattamente così. Mostra infatti che la maggior parte delle galassie nane potrebbero essere distrutte subito dopo il loro ingresso nell’alone galattico. E che molte di quelle che attualmente vediamo siano arrivate tardi nella storia della Galassia, e siano compatibili con l’assenza di materia oscura.

La ricerca, guidata da astronomi dell’Osservatorio di Parigi-PSL, del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) e dell’Istituto Leibniz di Astrofisica Potsdam (AIP), solleva domande importanti sul modello cosmologico standard, in particolare sulla prevalenza della materia oscura nell’alone della nostra Via Lattea.

Le galassie nane sono state catturate di recente

L’ipotesi che le galassie nane attorno alla Via Lattea siano antichi satelliti in orbita da 10 miliardi di anni, richiedeva che esse contenessero enormi quantità di materia oscura che le proteggesse dagli enormi effetti delle maree, dovuti all’intensa attrazione gravitazionale della Galassia. Si presumeva, quindi, che la presenza di materia oscura fosse la causa delle grandi differenze osservate nella velocità delle stelle all’interno di queste galassie nane.

I dati EDR3 di Gaia, però, hanno rivelato una visione completamente diversa delle proprietà delle galassie nane. In particolar modo, gli scienziati hanno utilizzato l’energia orbitale come parametro per datarne la storia. Infatti, oggetti catturati agli inizi della formazione della Via Lattea, quando ancora era meno massiccia, hanno energie orbitali inferiori rispetto a quelli rimasti intrappolati di recente nell’alone galattico.

Gaia conferma che le energie orbitali della maggior parte delle galassie nane che orbitano attorno alla Via Lattea sono sorprendentemente più grandi di quelle della galassia nana del Sagittario, che sappiamo entrò nell’alone 5-6 miliardi di anni fa. Ciò implica che la maggior parte delle galassie nane sono arrivate molto più recentemente, meno di tre miliardi di anni fa.

Le implicazioni: galassie fuori equilibrio

Un arrivo così recente implica che le nane vicine provengano dall’esterno dell’alone. In quella regione, quasi tutte le galassie nane contengono enormi riserve di gas neutro. Le galassie ricche di gas hanno perso il loro gas quando si sono scontrate con il gas caldo dell’alone galattico. La violenza degli shock e delle turbolenze nel processo ha cambiato completamente le galassie nane.

Mentre le galassie nane precedentemente ricche di gas erano dominate dalla rotazione di gas e stelle, quando si trasformano in sistemi privi di gas, la loro gravità viene bilanciata dai movimenti casuali delle stelle rimanenti.

Le galassie nane perdono il loro gas in un processo così violento da metterle fuori equilibrio. Ovvero, la velocità con cui si muovono le loro stelle non è più in equilibrio con la loro accelerazione gravitazionale. Gli effetti combinati della perdita di gas e degli shock gravitazionali dovuti all’immersione nella Via Lattea spiegano bene le velocità diffuse delle stelle all’interno del resto della galassia nana.

Il ruolo della materia oscura, e le domande senza risposta

L’assenza di un equilibrio impedisce qualsiasi stima della massa dinamica delle galassie nane della Via Lattea, così come del loro contenuto di materia oscura. Inoltre, mentre nello scenario precedente che ipotizzava le galassie nane fossero antichi satelliti, la materia oscura “proteggeva” la loro presunta stabilità, ora parlare di materia oscura diventa quasi “di troppo” per questi oggetti fuori equilibrio. Infatti, se la galassia nana avesse già contenuto molta materia oscura, avrebbe stabilizzato il suo disco iniziale di stelle rotanti, impedendo la trasformazione in una galassia con moti stellari casuali, come invece osserviamo.

Allo stesso tempo, l’ipotesi di un ingresso recente delle galassie nane in orbita e la loro trasformazione nell’alone spiega bene molte proprietà osservate di questi oggetti, in particolare il motivo per cui presentano stelle a grande distanza dal loro centro. Le loro proprietà sembrano compatibili con l’assenza di materia oscura, contrariamente alla precedente comprensione delle galassie nane come gli oggetti maggiormente dominati dalla materia oscura.

Ciò solleva una serie di domande. Prima fra tutte, dove si trovino ora le numerose galassie nane dominate dalla materia oscura che il modello cosmologico standard prevede attorno alla Via Lattea. E poi, quali osservazioni potrebbero aiutarci a distinguere le galassie nane fuori equilibrio individuate con i dati di Gaia, e quelle che rispondono al quadro classico e sono dominate dalla materia oscura.

Qui è reperibile la versione pre-print dell’articolo che descrive lo studio, accettato per la pubblicazione su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.