Galassia a spirale barrata NGC 7479 situata nella costellazione di Pegaso a circa 105 milioni di anni luce e scoperta nel 1784 dall'astronomo tedesco William Herschel. Il suo bar centrale è evidenziato e molto luminoso. Credito:Daniel López/IAC.
Un articolo recentemente pubblicato su Giornale Astrofisico da un team di ricercatori IAC mostrano che le barre nelle galassie ruotano molto più lentamente di quanto si fosse dedotto da lavori precedenti.
Perché la maggioranza degli astronomi crede nella materia oscura:materia la cui composizione è sconosciuta ma che sembra costituire l'80% della massa delle galassie? Il concetto è stato inventato negli anni '30 da Fritz Zwicky che lo ha utilizzato per spiegare perché le galassie nell'ammasso di Coma si muovono molto più rapidamente di quanto si possa spiegare in termini di massa nota. Il passo più decisivo è stato compiuto negli anni '70 dalla grande Vera Rubin, che ha mostrato che le parti esterne delle galassie ruotano molto più rapidamente di quanto possiamo spiegare usando le masse combinate delle loro stelle, gas, e polvere, e la legge di gravità di Newton o Einstein. Da allora gli astrofisici hanno preso come scenario standard che le galassie siano circondate da un alone di questa materia oscura, che domina i loro campi gravitazionali. Ma nessuno è stato in grado di identificare di cosa sia fatta questa materia oscura, nonostante i migliori sforzi dei fisici delle particelle. Ciò ha stimolato i ricercatori a pensare a ulteriori test. Uno di questi è stato proposto 20 anni fa. I teorici prevedevano che gli aloni avrebbero dovuto frenare la rotazione delle barre nelle galassie. Se girassero lentamente questa sarebbe una forte prova della realtà degli aloni, ma se girano velocemente questo metterebbe in dubbio la loro esistenza e quindi metterebbe in dubbio il modello standard della moderna cosmologia.
Nelle galassie a spirale, le stelle della barra di solito ruotano più velocemente delle loro braccia a causa della gravità. Intorno al nucleo galattico, esiste un cosiddetto "cerchio corrosivo", punti equidistanti dal centro della galassia dove le stelle della barra e quelle del resto del disco ruotano alla stessa velocità. Tutti questi punti formano il cerchio, e la distanza tra loro e il nucleo è il "raggio di corotazione", che lo scienziato ha potuto trovare grazie alle osservazioni. Quindi, escogitarono un metodo quantitativo per discernere la velocità di rotazione delle barre. Se la barra rallenta, il punto si sposterebbe gradualmente verso l'esterno sul disco. La previsione affermava che se il raggio di corotazione fosse situato ad una distanza dal centro galattico maggiore di 1,4 volte la lunghezza della barra stessa, sarebbe la prova che l'asticella sarebbe stata frenata dall'alone di materia oscura intorno alla galassia.
Non è facile misurare il raggio di corotazione, ma negli ultimi dieci anni sono state effettuate numerose misurazioni, su qualche decina di galassie, ed i valori misurati per il rapporto tra raggio di corotazione e lunghezza della barra erano quasi tutti inferiori a 1,4. Questi risultati gettano dubbi sulla realtà degli aloni di materia oscura e sembravano minacciare l'intera idea di materia oscura. Ora, però, un articolo recentemente pubblicato su Giornale Astrofisico da un team di ricercatori IAC, mostrano che le barre nelle galassie ruotano molto più lentamente di quanto era stato dedotto dai lavori precedenti.
Per farlo hanno prima applicato un metodo nuovo e preciso, che loro stessi hanno sviluppato, per la misurazione dei raggi di corotazione, a oltre 100 galassie. Eseguirono anche nuove e rigorose misurazioni delle lunghezze delle barre, e ha continuato a calcolare i rapporti. La maggior parte di loro era infatti inferiore a 1,4, ma il loro metodo ha permesso loro di sondare più a fondo. Hanno anche calcolato il rapporto tra la velocità di rotazione della barra e la velocità di rotazione del disco, e ho scoperto che molti dei bar, soprattutto quelli più lunghi, stanno ruotando abbastanza lentamente, quando si utilizza la velocità di rotazione del disco come unità di base. Questo era sconcertante, perché queste galassie avevano rapporti un po' più piccoli di 1,4, alcune di loro scendevano vicino a 1.
"Così abbiamo cercato una spiegazione" dice Joan Font "e l'unica cosa che ci è venuta in mente è che forse le barre si allungavano oltre a rallentare, in modo che il rapporto tra raggio di corotazione e lunghezza della barra non sia aumentato anche se l'alone di materia oscura li sta rallentando". Joan, e il suo co-ricercatore John Beckman, deciso di chiedere a Inmaculada Martínez, un teorico ricercatore presso l'IAC, per eseguire una serie di simulazioni per vedere se questa idea avrebbe funzionato. Aveva già realizzato modelli di come si comportano le barre durante l'evoluzione delle galassie, e sapeva già che le barre tendono ad allungarsi incorporando più stelle dal disco. "Quando ho usato un modello progettato per osservare attentamente come un alone di materia oscura influisca su una barra, Ho scoperto che il rapporto potrebbe diventare inferiore a 1,4 anche mentre la barra veniva frenata dall'alone", afferma questo astrofisico.
La combinazione di questi modelli con le osservazioni ha "salvato" la materia oscura negli aloni galattici, poiché le simulazioni precedenti sembravano rifiutare il suo effetto e generando polemiche nel campo dell'Astrofisica. "Ora", dice John Beckman, "abbiamo dimostrato che ciò è dovuto a simulazioni inadeguate che sono state considerate buone. La realtà è che le barre che ruotano velocemente lo fanno piuttosto lentamente in pratica".
