Sul lato sinistro, vediamo i risultati di una simulazione al computer in cui Eridanus II risiede all'interno di un denso "alone" di materia oscura, come previsto nel modello cosmologico standard. L'ammasso stellare (in verde) si dissolve rapidamente in questo modello. Noi possiamo, perciò, escludere questo modello poiché oggi vediamo un vecchio ammasso stellare sopravvissuto in Eridanus II. Sul lato destro, vediamo una simulazione al computer simile in cui Eridanus II risiede in un "alone" di materia oscura di densità molto più bassa. In questo modello, l'ammasso stellare non solo sopravvive ma cresce fino a una dimensione che corrisponde all'ammasso stellare osservato in Eridanus II, contrassegnato dal cerchio verde al centro. Credito:immagine osservativa tratta da Crnojevi et al. 2016; immagine composita prodotta dal dottor Maxime Delorme (Università del Surrey).
Gli astrofisici dell'Università del Surrey e dell'Università di Edimburgo hanno creato un nuovo metodo per misurare la quantità di materia oscura al centro di minuscole galassie "nane".
La materia oscura costituisce la maggior parte della massa dell'Universo, eppure rimane sfuggente. A seconda delle sue proprietà, può essere densamente concentrato al centro delle galassie, o distribuito più uniformemente su scale più grandi. Confrontando la distribuzione della materia oscura nelle galassie con modelli dettagliati, i ricercatori possono testare o escludere diversi candidati alla materia oscura.
I vincoli più rigidi sulla materia oscura provengono dalle galassie più piccole dell'Universo, "galassie nane". Il più piccolo di questi contiene solo poche migliaia o decine di migliaia di stelle, le cosiddette nane "ultra-deboli". Tali minuscole galassie, trovato in orbita vicino alla Via Lattea, sono costituiti quasi interamente da materia oscura. Se la distribuzione della materia oscura in queste minuscole galassie potesse essere mappata, potrebbe fornire nuove ed entusiasmanti informazioni sulla sua natura. Però, essendo del tutto privo di gas e contenente pochissime stelle, fino a poco tempo non esisteva un metodo praticabile per effettuare questa misurazione.
In uno studio pubblicato da Avvisi mensili della Royal Astronomical Society ( MNRAS ), un team di scienziati dell'Università del Surrey ha sviluppato un nuovo metodo per calcolare la densità della materia oscura interna delle galassie nane, anche se non hanno gas e pochissime stelle. La chiave del metodo è utilizzare uno o più ammassi stellari densi in orbita vicino al centro della nana.
Gli ammassi stellari sono raccolte di stelle legate gravitazionalmente che orbitano all'interno delle galassie. A differenza delle galassie, Gli ammassi stellari sono così densi che le loro stelle si disperdono gravitazionalmente l'una dall'altra facendole espandere lentamente. Il team di ricerca ha realizzato la nuova intuizione chiave quando si è reso conto che la velocità di questa espansione dipende dal campo gravitazionale in cui orbita l'ammasso stellare e, perciò, sulla distribuzione della materia oscura nella galassia ospite. Il team ha utilizzato un'ampia suite di simulazioni al computer per mostrare come la struttura degli ammassi stellari è sensibile al fatto che la materia oscura sia densamente compattata al centro delle galassie, o distribuito più uniformemente. Il team ha quindi applicato il proprio metodo alla galassia nana "ultra-debole" scoperta di recente, Eridano II, trovando al centro molta meno materia oscura di quanto molti modelli avrebbero previsto.
Il dottor Filippo Contenta dell'Università del Surrey e autore principale dello studio ha dichiarato:"Abbiamo sviluppato un nuovo strumento per scoprire la natura della materia oscura e già i risultati sono entusiasmanti. Eridanus II, una delle più piccole galassie conosciute, ha meno materia oscura al centro del previsto. Se si trovano risultati simili per un campione più ampio di galassie, questo potrebbe avere implicazioni ad ampio raggio per la natura della materia oscura".
Professor Mark Gieles, Professore di Astrofisica presso l'Università del Surrey e Principal Investigator del progetto European Research Council (ERC) che ha finanziato il progetto, ha aggiunto:"Abbiamo iniziato questo progetto ERC con la speranza di poter utilizzare gli ammassi stellari per conoscere la materia oscura, quindi è molto eccitante che abbia funzionato".
Professor Justin Read, un coautore dello studio dell'Università del Surrey, ha aggiunto:"È difficile comprendere i nostri risultati per Eridanus II se la materia oscura comprende una particella "fredda" che interagisce debolmente, il modello attualmente preferito per la materia oscura. Una possibilità è che la materia oscura al centro di Eridanus II fosse " riscaldato" dalla violenta formazione stellare, come suggerito da alcuni recenti modelli numerici. più allettante, però, è la possibilità è che la materia oscura sia più complessa di quanto abbiamo ipotizzato fino ad oggi".
Il dottor Jorge Peñarrubia della Scuola di Fisica e Astronomia dell'Università di Edimburgo ha dichiarato:"Questi risultati forniscono un'affascinante visione della distribuzione della materia oscura nelle galassie più dominate dalla materia oscura nell'Universo, e c'è un grande potenziale per ciò che questo nuovo metodo potrebbe scoprire in futuro."
