Nello scenario della formazione ed evoluzione del nostro universo delineato dal paradigma della materia oscura fredda (noto come modello Lambda-Cdm, ossia Cold Dark Matter), diversi studi basati su survey di galassie hanno dimostrato che la massa dell’alone di materia oscura che le circonda e la massa del contenuto stellare sono legate da una funzione che varia in modo regolare (smoothly) con la massa. Per galassie con masse stellari simili a quella della Via Lattea (circa 50 miliardi di masse solari) la massa dell’alone è mediamente 30 volte superiore alla massa del contenuto stellare. Tale valore aumenta sia per galassie di massa inferiore che per galassie di massa più elevata. In questa relazione, la dispersione attorno al valore previsto non è ben nota; generalmente si pensa che sia inferiore a un fattore due per le galassie massicce ma molto più grande per le galassie nane.

Un’immagine del telescopio spaziale Hubble della galassia NGC1052-DF2. Le galassie distanti sono visibili attraverso DF2 a causa della sua mancanza di stelle e natura “spettrale”. Crediti: P. van Dokkum; R. Abraham; STScI, Space Telescope Science Institute.

Contrariamente a quanto aspettato, un team di astronomi ha scoperto una galassia sorprendente, la prima del suo genere, che sembra non contenere alcuna materia oscura. È una scoperta eccezionale poiché comunemente si ritiene che le galassie contengano più materia oscura rispetto alla materia ordinaria che costituisce le stelle, il gas e la polvere. Inoltre, è opinione comune tra gli addetti ai lavori che le galassie si formino da concentrazioni di materia oscura che si comportano come “antipasti” per la galassia che si sta formando, attirando gravitazionalmente materiale ordinario, o barionico, che alla fine si deposita all’interno della nube di materia oscura e va a formare nuove stelle. Pertanto, trovare una galassia senza materia oscura solleva qualche perplessità su come si sia formata.

«Pensavamo che tutte le galassie fossero costituite da stelle, gas e materia oscura mescolati insieme, ma con la materia oscura sempre dominante», afferma Roberto Abraham dell’Università di Toronto, coautore dell’articolo apparso oggi su Nature che descrive la scoperta. «Ora sembra che alcune galassie riescano ad esistere con stelle e gas ma con pochissima materia oscura. È piuttosto bizzarro». Il primo autore del lavoro, Pieter van Dokkum della Yale University, commenta così il risultato dello studio: «Questo risultato sfida le idee standard su come pensiamo che le galassie funzionino e suggerisce che ci può essere più di un modo per formare una galassia».

La galassia in questione si chiama NGC1052-DF2, o DF2 in breve. In realtà la galassia era già stata catalogata precedentemente ma è solo con le recenti immagini del Dragonfly Telescope Array, uno strumento innovativo per la rilevazione di oggetti astronomici molto deboli concepito e costruito da van Dokkum e Abraham, che è apparsa in tutta la sua stranezza, come un oggetto di bassa brillanza superficiale avente un’estensione di circa 2’, al cui interno sono presenti alcune sotto-strutture. Prima di queste immagini, nella Sloan Digital Sky Survey la galassia appariva come un insieme di sorgenti puntiformi. Oltre alla scarsità di materia oscura, DF2 è insolita in un altro modo: le sue dimensioni sono simili a quelle della Via Lattea, ma in paragone contiene appena due millesimi delle stelle che sono presenti nella nostra galassia.

Dragonfly, un array che utilizza teleobiettivi disponibili in commercio con vetro ottico appositamente rivestito in modo tale da ridurre la luce diffusa, con i suoi 48 obiettivi è il più grande telescopio rifrangente del mondo. In precedenza, van Dokkum, Abraham e i loro collaboratori hanno utilizzato l’array per scoprire una nuova classe di galassie denominate Ultra-Diffuse Galaxies (Udg).

Non appena il team ha identificato l’insolita natura di DF2, ha subito condotto osservazioni con altri strumenti (follow-up), come il W.M. Keck Observatory. Così facendo i ricercatori sono riusciti a misurare la velocità degli ammassi globulari all’interno di DF2, scoprendo che si muovono più lentamente del previsto. Usando queste velocità, hanno dedotto la massa della galassia e determinato che le stelle visibili, il gas e la polvere in DF2 rappresentano la maggior parte della massa e che la materia oscura calcolata in base ai valori di velocità, è solo un quattrocentesimo di quella prevista. NGC1052-DF2 sembrerebbe dimostrare che, su scale galattiche, la materia oscura non è sempre accoppiata con la materia barionica.

Le osservazioni effettuate con il Telescopio Spaziale Hubble hanno rivelato altre qualità insolite della galassia DF2. A differenza delle tipiche galassie a spirale, DF2 non ha una regione centrale più densa, né bracci a spirale o un disco. Inoltre, a differenza delle galassie ellittiche, non ha un buco nero centrale. «Ho passato un’ora a fissare l’immagine di Hubble», racconta Van Dokkum, «Questa cosa è sorprendente: un gigantesco blob nel quale si può guardare attraverso. È così povero di stelle che riesci a vedere tutte le galassie dietro di esso. È letteralmente una galassia trasparente».

DF2 si trova in un ammasso di galassie dominato da una gigantesca galassia ellittica denominata NGC 1052. Gli astronomi ipotizzano che la nascita e la formazione di DF2 potrebbero essere state influenzate dalla galassia gigante. Oppure, un evento catastrofico all’interno di DF2, come una formazione stellare esplosiva, potrebbe aver liberato la galassia del gas e della materia oscura.

«Attualmente stiamo facendo un sondaggio per trovare altri oggetti come DF2», afferma Abraham. «Dragonfly è particolarmente indicato per trovare questo tipo di oggetti. Forse stiamo vedendo solo la punta dell’iceberg».