Galassie e materia oscura vanno di pari passo; di solito non ne trovi uno senza l'altro. Quindi, quando i ricercatori hanno scoperto una galassia, noto come NGC1052-DF2, che è quasi completamente privo di roba, erano scioccati.

"Trovare una galassia senza materia oscura è inaspettato perché questo invisibile, la sostanza misteriosa è l'aspetto più dominante di ogni galassia, ", ha affermato l'autore principale Pieter van Dokkum della Yale University. "Per decenni, pensavamo che le galassie iniziassero la loro vita come macchie di materia oscura. Dopo di che succede tutto il resto:il gas cade negli aloni della materia oscura, il gas si trasforma in stelle, si accumulano lentamente, poi ti ritrovi con galassie come la Via Lattea. NGC1052-DF2 sfida le idee standard su come pensiamo che si formino le galassie".

La ricerca, pubblicato nel numero del 29 marzo della rivista Natura , dati raccolti dagli Osservatori Gemini North e W. M. Keck, entrambi su Maunakea, Hawaii, il telescopio spaziale Hubble, e altri telescopi in tutto il mondo.

Date le sue grandi dimensioni e l'aspetto sbiadito, gli astronomi classificano NGC1052-DF2 come una galassia ultra-diffusa, un tipo di galassia relativamente nuovo che è stato scoperto per la prima volta nel 2015. Le galassie ultra-diffuse sono sorprendentemente comuni. Però, nessun'altra galassia di questo tipo ancora scoperta è così carente di materia oscura.

"NGC1052-DF2 è una stranezza, anche in questa insolita classe di galassie, "ha detto Shany Danieli, uno studente laureato della Yale University nella squadra.

Per scrutare ancora più a fondo in questa galassia unica, il team ha utilizzato il Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS) per acquisire immagini dettagliate di NGC1052-DF2, valutarne la struttura, e confermare che la galassia non aveva segni di interazioni con altre galassie.

"Senza le immagini dei Gemelli che dissezionano la morfologia della galassia ci sarebbe mancato il contesto per il resto dei dati, " disse Danieli. "Inoltre, La conferma dei Gemelli che NGC1052-DF2 non sta attualmente interagendo con un'altra galassia ci aiuterà a rispondere alle domande sulle condizioni che circondano la sua nascita".

Van Dokkum e il suo team hanno individuato per la prima volta NGC1052-DF2 con il Dragonfly Telephoto Array, un telescopio su misura nel New Mexico che hanno progettato per trovare queste galassie spettrali. NGC1052-DF2 si è distinto in netto contrasto quando sono stati effettuati confronti tra le immagini del Dragonfly Telephoto Array e lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Le immagini della libellula mostrano un debole oggetto "simile a un blob", mentre i dati SDSS rivelano una raccolta di sorgenti puntiformi relativamente luminose.

Oltre alle osservazioni dei Gemelli, per valutare ulteriormente questa incongruenza, il team ha sezionato la luce da molte delle sorgenti luminose all'interno di NGC1052-DF2 utilizzando il Deep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) e lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) di Keck. identificare 10 ammassi globulari. Questi ammassi sono grandi gruppi compatti di stelle che orbitano attorno al nucleo galattico.

I dati spettrali ottenuti dai telescopi Keck hanno rivelato che gli ammassi globulari si muovevano molto più lentamente del previsto. Più lentamente si muovono gli oggetti in un sistema, meno massa c'è in quel sistema. I calcoli del team mostrano che tutta la massa della galassia potrebbe essere attribuita alla massa delle stelle, il che significa che non c'è quasi materia oscura in NGC1052-DF2.

"Se c'è della materia oscura, è molto poco, " ha spiegato van Dokkum. "Le stelle nella galassia possono spiegare tutta la massa, e non sembra esserci spazio per la materia oscura."

"Keck fa parte di un gruppo molto ristretto di telescopi che potrebbero persino tentare queste osservazioni, perché hai bisogno di un grande telescopio per misurare queste velocità accurate, " ha aggiunto van Dokkum. "Keck ha anche alcuni dei migliori spettrografi al mondo per misurare le velocità di oggetti deboli. Abbiamo avuto l'opportunità di verificare e assicurarci di ottenere lo stesso risultato nelle incertezze, e questo ci ha dato la certezza che stavamo facendo le cose per bene".

I risultati del team dimostrano che la materia oscura è separabile dalle galassie. "Questa scoperta mostra che la materia oscura è reale - ha una sua esistenza separata dagli altri componenti delle galassie, " disse van Dokkum.

Gli ammassi globulari e la struttura atipica di NGC1052-DF2 hanno lasciato perplessi gli astronomi che miravano a determinare le condizioni in cui si è formata questa galassia.

"È come se prendi una galassia e hai solo l'alone stellare e gli ammassi globulari, e in qualche modo si è dimenticato di fare tutto il resto, " Van Dokkum ha detto. "Non esiste una teoria che prevedesse questi tipi di galassie. La galassia è un mistero completo, come tutto ciò che è strano. Il modo in cui realizzi effettivamente una di queste cose è completamente sconosciuto".

Però, i ricercatori hanno alcune idee. NGC1052-DF2 risiede a circa 65 milioni di anni luce di distanza in un insieme di galassie dominato dalla galassia ellittica gigante NGC 1052. La formazione delle galassie è turbolenta e violenta, e van Dokkum suggerisce che la crescita della neonata galassia massiccia miliardi di anni fa abbia forse avuto un ruolo nella carenza di materia oscura di NGC1052-DF2.

Un'altra idea è che un evento catastrofico all'interno della galassia stravagante, come la nascita di una miriade di stelle massicce, spazzato via tutto il gas e la materia oscura, fermare la formazione stellare.

Queste possibilità sono speculative, però, e non spiegano tutte le caratteristiche della galassia osservata, aggiungono i ricercatori.

Il team continua la caccia a galassie più carenti di materia oscura. Stanno analizzando le immagini di Hubble di altre 23 galassie diffuse. Tre di loro sembrano condividere somiglianze con NGC1052-DF2, che van Dokkum prevede di seguire nei prossimi mesi presso l'Osservatorio Keck.

"Ogni galassia che conoscevamo prima ha materia oscura, e rientrano tutti in categorie familiari come le galassie a spirale o ellittiche, " disse van Dokkum. "Ma cosa otterresti se non ci fosse affatto materia oscura? Forse questo è quello che otterresti."