Svelato il mistero della materia oscura mancante

Nuovi dati del telescopio spaziale Hubble della Nasa/Esa hanno fornito le prove di una distruzione mareale nella galassia Ngc 1052-Df4. Studiando la distribuzione della luce e degli ammassi globulari della galassia, gli astronomi hanno concluso che la forza di gravità esercitata dalla galassia vicina Ngc 1035 ha strappato via la materia oscura da Ngc 1052-Df4.
di Maura Sandri
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Questa immagine presenta la regione attorno alla galassia Ngc 1052-Df4, ripresa dal telescopio Iac80 all’Osservatorio del Teide, a Tenerife. La figura evidenzia le principali galassie nel campo visivo, tra cui Ngc 1052-Df4 (al centro dell’immagine) e la vicina Ngc 1035 (al centro, verso sinistra). Crediti: M. Montes et al.

Nel 2018, un team internazionale di ricercatori aveva scoperto – grazie ai dati del telescopio spaziale Hubble e a diversi osservatori terrestri – una galassia con una componente di materia oscura molto bassa: Ngc 1052-Df2, che si era aggiudicata l’appellativo di galassia trasparente. Questa scoperta era stata una vera sorpresa per gli astronomi, poiché è risaputo che la materia oscura è un costituente fondamentale negli attuali modelli di formazione ed evoluzione delle galassie. Senza materia oscura, infatti, il gas primordiale non avrebbe una forza di gravità sufficiente per iniziare a collassare e formare nuove strutture.

Un anno dopo, nel 2019, è stata scoperta un’altra galassia in cui sembra mancare materia oscura, Ngc 1052-Df4, a 45 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, che ha innescato ulteriori intensi dibattiti tra gli astronomi sulla natura di questi due oggetti, Df2 e Df4.

Ora, grazie ai nuovi dati di Hubble, si è trovato il motivo della mancanza di materia oscura in Ngc 1052-Df4. Mireia Montes dell’Università del New South Wales in Australia, ha guidato un team internazionale di astronomi nello studio di questa galassia, utilizzando l’imaging ottico profondo (ossia caratterizzato da una sensibilità molto buona, in grado di rilevare dettagli estremamente deboli). Gli scienziati hanno dunque scoperto che la materia oscura mancante può essere spiegata dagli effetti di tidal disruption, o distruzione mareale, indotti dalla vicina (e massiccia) galassia Ngc 1035, la cui forza di gravità sta letteralmente facendo a pezzi Ngc 1052-Df4. Durante questo processo, la prima a essere strappata via è stata proprio la materia oscura, mentre le stelle hanno risentito degli effetti dell’interazione in una fase successiva.

Fino a ora, questa rimozione della materia oscura è rimasta nascosta agli astronomi, in quanto può essere osservata solo utilizzando immagini molto profonde. «Per scoprire che Ngc 1052-Df4 sta vivendo un’interazione, abbiamo utilizzato Hubble sia per studiare la luce della galassia, sia per capire la distribuzione dei suoi ammassi globulari», ha spiegato Montes.

Grazie all’alta risoluzione di Hubble, gli astronomi hanno potuto identificare la popolazione di ammassi globulari della galassia. Mentre con il telescopio Gran Telescopio Canarias (Gtc) da 10.4 metri e il telescopio Iac80 all’Osservatorio del Teide, sempre alle Canarie, hanno ottenuto nuovi dati che hanno permesso di studiare le sue proprietà fisiche attraverso la fotometria. «Non è sufficiente dedicare molto tempo all’osservazione dell’oggetto, ma occorre anche un trattamento accurato dei dati», spiega Raúl Infante-Sainz dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (Spagna). «Era quindi importante utilizzare non solo un strumento, bensì diversi telescopi – sia spaziali che terrestri – per condurre questa ricerca. Con l’alta risoluzione di Hubble possiamo identificare gli ammassi globulari e con la fotometria del Gtc facciamo luce sulle proprietà fisiche».

Si pensa che gli ammassi globulari si formino negli episodi di intensa formazione stellare che modellano le galassie. Le loro dimensioni compatte e la loro luminosità li rendono facilmente osservabili e sono quindi buoni traccianti delle proprietà della galassia che li ospita. In questo modo, studiando e caratterizzando la distribuzione spaziale degli ammassi in Ngc 1052-Df4, gli astronomi hanno potuto derivare informazioni sullo stato della galassia stessa. L’allineamento di questi ammassi suggerisce che siano stati strappati dalla galassia ospite, e questo supporta la conclusione secondo la quale è in atto un evento di distruzione mareale.

Questa immagine mostra il cielo attorno alle galassie ultra diffuse Ngc 1052-Df4 e Ngc 1052-Df2. È stato creato da immagini che fanno parte del Digitized Sky Survey 2. Ngc 1052-Df2 è praticamente invisibile in questa immagine. Crediti: Esa / Hubble, Nasa, Digitized Sky Survey 2, Davide de Martin

Studiando la luce della galassia, gli astronomi hanno anche trovato prove di questa ipotesi in code mareali formate da materiale che si allontana da Ngc 1052-Df4.

Ulteriori analisi hanno concluso che le parti centrali della galassia sono rimaste intatte e solo il 7 per cento circa della massa stellare della galassia è ospitato in queste code. Ciò significa che la materia oscura, che è meno concentrata delle stelle, è stata rimossa dalla galassia precedentemente, e ora anche la componente stellare esterna sta iniziando ad andarsene, strappata dalla galassia vicina. «Con il tempo», spiega Ignacio Trujillo «Ngc 1052-DF4 verrà cannibalizzata dal grande sistema attorno a Ngc 1035».

E così gli astronomi hanno potuto tirare un sospiro di sollievo. Senza la scoperta di queste prove a sostegno del meccanismo di distruzione mareale come spiegazione della materia oscura mancante nella galassia, gli scienziati avrebbero dovuto rivedere la loro comprensione delle leggi che governano la gravità. «Questa scoperta concilia le attuali conoscenze su come si formano ed evolvono le galassie con il modello cosmologico più favorevole», conclude la Montes.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “The Galaxy Missing Dark Matter NGC 1052-DF4 is Undergoing Tidal Disruption” di Mireia Montes, Raúl Infante-Sainz, Alberto Madrigal-Aguado, Javier Román, Matteo Monelli, Alejandro S. Borlaff e Ignacio Trujillo