I detective della materia oscura a malapena sanno qualcosa della materia oscura, ma ora lo sanno: si comporta diversamente ai margini delle vecchie galassie che in quelle nuove.
La materia oscura è ciò che non possiamo vedere nell'universo. Compone la maggior parte della massa nell'universo ma non emette luce. Tuttavia, tira su tutto con gravità. Tutto nell'universo si comporta come se fosse attratto da grandi nuvole pesanti di qualcosa che non possiamo vedere. Gli astronomi non sono sicuri di cosa sia quel qualcosa.
Un nuovo documento, pubblicato il 3 gennaio sulla rivista Monthly Avvisi della Royal Astronomical Society, aiuta a restringerlo.
La maggior parte della materia oscura di cui gli scienziati sono a conoscenza esiste negli "aloni" o nuvole nelle galassie. Ma c'è un problema: quei core non si comportano come dovrebbero, secondo le simulazioni al computer.
Quando i ricercatori modellano il comportamento degli aloni della materia oscura, queste strutture di solito formano determinate forme: dense sfere di materia oscura al centro delle galassie, circondate da fasci nuvolosi della materia. Gli astronomi chiamano questa la distribuzione "cuspidale" della materia oscura. Ma in realtà, molte galassie si comportano come se la loro materia oscura orbita nelle zone più esterne della galassia, circondando un "nucleo" che è più o meno vuoto del materiale invisibile. Gli astronomi chiamano questa discrepanza il problema "cusp-core".
La spiegazione popolare per il problema del nucleo cuspidale, chiamato modello SIDM (Self Interacting Dark Matter), suggerisce che non solo la materia oscura esiste completamente al di fuori della fisica che siamo in grado di rilevare e comprendere direttamente, ma agisce anche su stesso usando forze sconosciute. Se le interazioni della materia oscura con se stessa differiscono dalle sue interazioni con la materia ordinaria, ciò potrebbe spiegare come è riuscita a viaggiare dai centri delle galassie verso i loro bordi.
Ma questa spiegazione potrebbe essere cose complicate, suggerisce il nuovo studio.
Un'altra forza potrebbe spingere la materia oscura fuori dal centro delle galassie: il riscaldamento della materia oscura. Ciò si riferisce all'energia intensa e al vento della formazione stellare che spinge la materia oscura fuori dai centri delle galassie (dove si formano la maggior parte delle nuove stelle). Ma ci sono poche prove dirette per questo fenomeno, e anche se ci fossero, non è chiaro se tale riscaldamento sarebbe abbastanza potente da spiegare la discrepanza tra i modelli di distribuzione della materia oscura e cosa mostrano le osservazioni.
Questo nuovo documento, tuttavia, suggerisce che il riscaldamento della materia oscura sia la spiegazione corretta.
Gli autori hanno studiato 16 galassie nane suddivise approssimativamente in due categorie: galassie che hanno smesso di formare stelle miliardi di anni fa e galassie che hanno smesso di formare stelle più di recente o continuano a formare stelle.
I ricercatori hanno scoperto che le galassie più vecchie e meno attive tendevano ad avere cuspidi di materia oscura - regioni nei loro centri con molta materia oscura. Le galassie più attive tendevano ad avere nuclei vuoti.
I nuovi risultati suggeriscono che il riscaldamento della materia oscura è reale e svolge un ruolo significativo nel modo in cui la materia oscura si comporta, hanno scritto i ricercatori. Le galassie che molto tempo fa hanno smesso di formare stelle avevano anche meno energia per spingere materia oscura fuori dal centro galattico. In questi casi, la materia oscura si è comportata nel modo in cui i semplici modelli prevedono che dovrebbe. Le galassie con formazione stellare più attive avevano più riscaldamento, e ciò faceva deviare la materia oscura dai modelli.
Se questa scoperta è corretta, restringe le possibilità di ciò che potrebbe essere la materia oscura, anche se non in modo drammatico: deve solo essere qualcosa che verrebbe spazzato via dal centro di una galassia con molte nuove stelle. E questo risultato potrebbe significare che non è necessario proporre ogni sorta di bizzarre proprietà della materia oscura per spiegare come si comporta la sostanza.
Tuttavia, nulla è ancora certo. I ricercatori hanno riconosciuto nel loro articolo di aver fatto affidamento su metodi per simulare la materia oscura che sono stati oggetto di alcune critiche. Potrebbero esserci altre galassie là fuori con proprietà a metà tra la cuspide e i modelli core, il che complicherebbe le nuove scoperte.
Per ora, però, i detective della materia oscura possono apporre un altro elemento di prova alle loro bacheche coperte di filo rosso.
