Credits: ESA/Hubble, M. Kornmesser e NASA

Introduzione

Una galassia lontana, quasi priva di materia oscura, ha minacciato di distruggere la nostra teoria della formazione delle galassie. Nuove prove suggeriscono che la galassia non è un’anomalia, ma una vittima di un furto.

Materia oscura rubata

La materia oscura – una sostanza invisibile, enigmatica come il suo nome suggerisce – è un ingrediente chiave per aiutare le galassie a formarsi e a rimanere in vita. Crea la forte gravità necessaria per innescare la formazione di galassie e mantenere strutturalmente intatte le galassie esistenti.

Ma gli astronomi sono rimasti perplessi dalla scoperta, avvenuta l’anno scorso, di ‘NGC1052-DF4‘, una galassia stabile e longeva, quasi priva di materia oscura. Come può esistere la galassia senza questo importante ingrediente? Le nostre teorie sulla formazione delle galassie sono sbagliate?

Uno studio internazionale condotto dall’UNSW Sydney suggerisce che la materia oscura, tanto per cominciare, era lì: è stata appena rubata da un avido vicino di casa.

La materia oscura non c’è perché è già stata rimossa“, dice la dottoressa Mireia Montes, autrice dello studio e ricercatrice astronomica presso l’UNSW Science e lo Space Telescope Science Institute. “Abbiamo scoperto che l’attrazione gravitazionale della vicina e massiccia galassia NGC1035 sta attraendo le sue stelle – e la materia oscura“.

Interruzione di marea

La ricerca, pubblicata su The Astrophysical Journal, fornisce una spiegazione del perché manca così tanta materia oscura nella galassia senza contraddire la nostra attuale comprensione della formazione delle galassie.

Quando due galassie passano vicine l’una all’altra, soffrono della reciproca attrazione gravitazionale“, dice la dottoressa Montes. “Le nostre immagini molto profonde hanno trovato delle stelle deboli che vengono allontanate dalla galassia più grande – un’interazione chiamata ‘interruzione di marea‘”.

Lo stesso fenomeno si può trovare anche sulla Terra: nel nostro caso, l’attrazione gravitazionale della Luna influenza le maree oceaniche della Terra. Ma l’interruzione delle maree può far sì che le galassie – che non sono solide come la Terra o la Luna – si pieghino e perdano la loro forma.

Se la teoria dell’interruzione delle maree è corretta, la galassia più piccola NGC1052-DF4 inizierà presto a mostrare più segni di deterioramento. Alla fine potrebbe disintegrarsi completamente.

Lo stripping delle maree eliminerebbe una percentuale significativa di materia oscura prima di influenzare le stelle“, dice la Montes. “Se le stelle stanno iniziando a essere distrutte ora, allora la maggior parte della materia oscura è già sfuggita“.

Il dottor Ignacio Trujillo, coautore dell’articolo e ricercatore dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), dice: “Con il tempo, la galassia finirà per essere cannibalizzata dal grande sistema che la circonda (NGC1035), con almeno alcune delle loro stelle libere di galleggiare nello spazio profondo“.

Credits: ESA/Hubble, NASA, Digitized Sky Survey 2 (Davide de Martin).

Una potente lente d’ingrandimento

La dottoressa Montes e i suoi colleghi hanno utilizzato potenti telescopi e tecniche di imaging profondo – tra cui la fotografia a lunga esposizione fino a 60 ore – per trovare i deboli indizi nei bordi esterni della galassia. Queste tecniche sono in grado di illuminare stelle e galassie molto fioche, o quella che gli astronomi chiamano la “bassa luminosità superficiale” dell’universo.

I documenti iniziali mostravano che la galassia aveva una forma simmetrica molto ‘rilassata’, suggerendo che nessuna forza esterna la stava turbando“, dice la Montes. “Ma le nostre immagini del campo profondo mostrano che questa galassia è in realtà influenzata dalla galassia vicina – è solo all’inizio dell’interazione. La parte interna della galassia mantiene la sua forma, ma le parti esterne, più deboli, sono dove si vedono queste “code di marea”: stelle che sono già state separate dalla galassia“.

Le osservazioni sono state effettuate utilizzando il telescopio IAC80, il Gran Telescopio Canarias e il telescopio spaziale Hubble – uno dei più grandi telescopi dello spazio.

Poiché la materia oscura è una forza invisibile, può essere osservata solo da come gli oggetti stellari – come le stelle e le galassie – interagiscono con lo spazio che li circonda.

L’imaging ultra-profondo è difficile non solo per l’enorme quantità di tempo necessario per raggiungere tali profondità, ma anche per l’elaborazione estremamente accurata dei dati necessari a preservare le strutture più deboli“, dice il signor Raúl Infante-Sainz, dottorando alla IAC e secondo autore di questo studio. “Avevamo bisogno di cercare caratteristiche che fossero 1000 volte più deboli del cielo più scuro visibile sulla Terra“, dice la dottoressa Montes.

Credit: M. Montes et al.

Risolvere nuovi misteri galattici

L’Osservatorio Vera C. Rubin, una struttura ottica all’avanguardia attualmente in costruzione in Cile, porterà presto le capacità di imaging profondo a nuovi livelli. Il progetto principale dell’osservatorio sarà Legacy Survey for Space and Time (LSST): un’indagine di imaging decennale che fornirà le immagini più profonde mai viste del cielo notturno dell’emisfero australe.

La professoressa Sarah Brough, astronoma di UNSW Science, è alla guida del coinvolgimento dell’Australia in questo progetto. “LSST rivoluzionerà l’astronomia a bassa luminosità superficiale, trasformando la nostra comprensione dell’evoluzione delle galassie“, dice. “Fornirà dati di imaging estremamente profondi su tutto il cielo meridionale, che saranno vitali per il successo dei futuri sondaggi astronomici e della scienza australiana“.

La telecamera LSST, che avrà all’incirca le dimensioni di una piccola automobile, permetterà ai ricercatori di rilevare le galassie a bassa luminosità superficiale. Sarà anche in grado di identificare deboli caratteristiche intorno e all’interno degli ammassi di galassie.

Mentre la campagna decennale non inizierà prima del 2023, gli scienziati non vedono l’ora di avere l’opportunità di esplorare la galassia.

Questo lavoro è un esempio di quanto sia importante avere immagini profonde per capire cose apparentemente strane nell’Universo“, dice la Montes. “Il deep imaging può aiutare a spiegare misteri che altrimenti potrebbero rimanere irrisolti“.

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