Un team guidato da astronomi dell'Università della California, lungo il fiume, ha scoperto che alcune galassie nane oggi possono sembrare prive di materia oscura anche se in passato si sono formate come galassie dominate dalla materia oscura.

Le galassie che sembrano avere poca o nessuna materia oscura - materiale non luminoso che si ritiene costituisca l'85% della materia nell'universo - complicano la comprensione da parte degli astronomi del contenuto di materia oscura dell'universo. Tali galassie, che sono stati recentemente trovati in osservazioni, sfidare un modello cosmologico utilizzato dagli astronomi chiamato Lambda Cold Dark Matter, o LCDM, dove tutte le galassie sono circondate da un enorme ed esteso alone di materia oscura.

Le galassie prive di materia oscura non sono ben comprese nella comunità astronomica. Un modo per studiare i possibili meccanismi di formazione di queste sfuggenti galassie (le galassie ultradiffuse DF2 e DF4 sono esempi) è trovare oggetti simili in simulazioni numeriche e studiarne l'evoluzione temporale e le circostanze che portano alla loro perdita di materia oscura.

Jessica Doppel, uno studente laureato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della UC Riverside e il primo autore di un documento di ricerca pubblicato nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , ha spiegato che in un universo LCDM tutte le galassie dovrebbero essere dominate dalla materia oscura.

"Questa è la sfida, " ha detto. "Trovare analoghi nelle simulazioni di ciò che gli osservatori vedono è significativo e non garantito. Iniziare a definire le origini di questi tipi di oggetti e delle loro popolazioni di ammassi globulari spesso anomali ci consente di consolidare ulteriormente il nostro quadro teorico sulla materia oscura e sulla formazione delle galassie e conferma che non sono necessarie forme alternative di materia oscura. Abbiamo scoperto che la materia oscura fredda funziona bene".

Per lo studio, i ricercatori hanno utilizzato la simulazione cosmologica e idrodinamica chiamata Illustris, che offre un modello di formazione delle galassie che include l'evoluzione stellare, feedback di supernova, crescita del buco nero, e fusioni. I ricercatori hanno scoperto che un paio di "galassie nane" negli ammassi avevano un contenuto stellare simile, numeri di ammassi globulari, e la massa della materia oscura come DF2 e DF4. Come suggerisce il nome, una galassia nana è piccola, comprendendo fino a diversi miliardi di stelle. In contrasto, la via Lattea, che ha più di 20 galassie nane conosciute che lo orbitano, ha da 200 a 400 miliardi di stelle. Gli ammassi globulari sono spesso usati per stimare il contenuto di materia oscura delle galassie, soprattutto nani.

I ricercatori hanno utilizzato la simulazione Illustris per indagare sull'origine di strane galassie nane come DF2 e DF4. Hanno trovato analoghi simulati a nane prive di materia oscura sotto forma di oggetti che si sono evoluti all'interno degli ammassi di galassie per lungo tempo e hanno perso oltre il 90% della loro materia oscura tramite la rimozione delle maree, la rimozione del materiale da parte delle forze galattiche di marea .

"Interessante, lo stesso meccanismo di strippaggio delle maree è in grado di spiegare altre proprietà di nane come DF2 e DF4, ad esempio, il fatto che siano galassie "ultradiffuse", ", ha affermato la co-autrice Laura Sales, professore associato di fisica e astronomia presso l'UCR e consulente laureato di Doppel. "Le nostre simulazioni suggeriscono una soluzione combinata sia per la struttura di queste nane che per il loro basso contenuto di materia oscura. Forse, l'estrema perdita di massa di marea in galassie nane altrimenti normali è il modo in cui si formano gli oggetti ultradiffusi".

In collaborazione con i ricercatori del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania, Il gruppo di vendita sta attualmente lavorando con simulazioni migliorate che presentano una fisica più dettagliata e una risoluzione numerica circa 16 volte migliore della simulazione Illustris.

"Con questi dati, potremo estendere il nostro studio anche a nane di massa inferiore, che sono più abbondanti nell'universo e dovrebbero essere più materia oscura dominata al loro centro, rendendoli più difficili da spiegare, "Ha detto Doppel. "Esploreremo se lo stripping delle maree potrebbe fornire un percorso per esaurire i nani del loro contenuto interno di materia oscura. Abbiamo in programma di fare previsioni sulla stella dei nani, ammasso globulare, e contenuto di materia oscura, che poi confronteremo con le osservazioni future."