Le osservazioni della lente gravitazionale delle galassie hanno sollevato un nuovo mistero per la nostra migliore comprensione della cosmologia: come le galassie siano tenute insieme con la materia oscura.
Nel lontano 1933, l’astronomo svizzero Fritz Zwicky si immerse nello studio del Coma Cluster, un vasto ammasso di galassie con un diametro superiore ai 20 milioni di anni luce, contenente migliaia di galassie. Ciò che scoprì fu sorprendente: le galassie all’interno dell’ammasso si muovevano a velocità così elevate che, considerata la quantità di massa visibile presente, dovrebbero allontanarsi l’una dall’altra. Zwicky ipotizzò che una grande quantità di Dunkle Materie (materia oscura) dovesse essere presente per mantenere stabile l’ammasso.
Per rendere più chiara questa idea, possiamo immaginare una corda che tiene insieme un pallone da basket. Questo concetto, seppur controintuitivo, ha trovato conferma in ulteriori ricerche condotte da Vera Rubin e Kent Ford. Questi scienziati tracciarono le velocità delle stelle all’interno delle galassie a spirale, osservando lo spostamento delle lunghezze d’onda della luce mentre le stelle si muovevano verso e lontano da noi.
Le scoperte di Rubin e Ford confermarono il fenomeno straordinario osservato da Zwicky, e da allora molte altre osservazioni hanno corroborato questa teoria. Le stelle ai margini scarsamente popolati delle galassie a spirale si muovevano alla stessa velocità delle stelle più vicine ai loro centri galattici.
I fisici, pur considerando altre ipotesi, hanno in gran parte concluso che esista una sostanza misteriosa all’interno di queste galassie e ammassi di galassie, nota come materia oscura. Questa materia non emette, riflette o assorbe luce, interagendo solo con la materia normale attraverso la gravità. Si stima che nell’universo osservabile ci sia circa cinque volte più materia oscura rispetto alla materia regolare che costituisce stelle, pianeti e polvere.
Nonostante quasi un secolo di studi, la vera natura della materia oscura rimane ancora un enigma. In uno studio recente, un team di scienziati presso la Case Western Reserve University ha fatto una scoperta che potrebbe mettere in discussione i modelli esistenti sulla materia oscura.
Il team ha esaminato un catalogo di 130.000 galassie, analizzando come una galassia in primo piano lenti gravitazionalmente le galassie sullo sfondo. Questo fenomeno avviene quando oggetti massicci piegano lo spazio-tempo, facendo sì che la luce si curvi attorno ad essi.
Le osservazioni del team hanno rivelato che la curvatura della luce continuava a distanze molto maggiori di quanto previsto dai modelli di materia oscura. Le curve di velocità circolari sembravano rimanere piatte fino a centinaia di kiloparsec, forse anche 1 Mpc, senza mostrare segni di declino come previsto dai modelli esistenti.
Queste osservazioni sfidano le attuali teorie, che prevedono una diminuzione delle velocità delle stelle man mano che ci si allontana dal centro galattico. Secondo il team, le stelle poste nelle regioni più remote mostrerebbero le stesse velocità piatte delle stelle ai margini galattici visibili.
Le implicazioni di questa scoperta sono profonde, come sottolineato da Stacy McGaugh, professore e direttore di astronomia al College of Arts and Sciences. Questa scoperta potrebbe ridefinire la nostra comprensione della materia oscura e spingerci a esplorare teorie alternative sulla gravità, mettendo alla prova il tessuto stesso dell’astrofisica moderna.
Esistono alternative alla cosmologia della materia oscura, come le Dinamiche Newtoniane Modificate (MOND). In MOND, la strana rotazione delle galassie è spiegata da modifiche alla gravità sperimentate dagli oggetti con accelerazioni molto basse, come quelli ai margini delle galassie.
Nonostante la preferenza della maggior parte dei fisici per la materia oscura, poiché consente di fare previsioni sull’universo e sugli oggetti al suo interno, MOND non è ancora riuscito a fornire previsioni soddisfacenti. Tuttavia, l’esplicazione della materia oscura è messa in discussione dall’esistenza del cluster della pallottola, una collisione tra due ammassi di galassie che sembra confermare i modelli di materia oscura.
Questo campo di studio rimane affascinante e richiede ulteriori ricerche e indagini. Forse gli aloni di materia oscura si estendono più lontano di quanto pensassimo, o forse la nostra comprensione della gravità è incompleta. La missione Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea, che mappa la struttura su larga scala dell’Universo, potrebbe fornire ulteriori dettagli in futuro.
Lo studio è stato pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
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