Isolato per miliardi di anni, una galassia con più materia oscura nel suo nucleo del previsto è stata identificata dagli astronomi utilizzando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

La galassia, noto come Markarian 1216 (abbreviato come Mrk 1216), contiene stelle che sono entro il 10% dell'età dell'universo, cioè, quasi quanto l'universo stesso. Gli scienziati hanno scoperto che ha attraversato un'evoluzione diversa rispetto alle galassie tipiche, sia per quanto riguarda le sue stelle che per l'invisibile materia oscura che, per gravità, tiene insieme la galassia. La materia oscura rappresenta circa l'85% della materia nell'universo, anche se è stato rilevato solo indirettamente.

Mrk 1216 appartiene a una famiglia di galassie di forma ellittica che sono più densamente popolate di stelle al centro rispetto alla maggior parte delle altre galassie. Gli astronomi pensano di discendere dal rossastro, galassie compatte chiamate "pepite rosse" che si sono formate circa un miliardo di anni dopo il big bang, ma poi si sono bloccati nella loro crescita circa 10 miliardi di anni fa.

Se questa spiegazione è corretta, allora anche la materia oscura in Marco 1216 e i suoi cugini galattici dovrebbero essere fitti. Per testare questa idea per la prima volta, una coppia di astronomi ha studiato la luminosità dei raggi X e la temperatura del gas caldo a diverse distanze dal centro di Mrk 1216, in modo che potessero "pesare" quanta materia oscura esiste nel mezzo della galassia.

"Quando abbiamo confrontato i dati di Chandra con i nostri modelli di computer, abbiamo scoperto che era necessaria una concentrazione di materia oscura molto più forte di quella che troviamo in altre galassie di massa totale simile, " ha detto David Buote dell'Università della California a Irvine. "Questo ci dice che la storia di Mrk 1216 è molto diversa dalla tipica galassia. Essenzialmente tutte le sue stelle e la materia oscura sono state assemblate molto tempo fa con poche aggiunte negli ultimi 10 miliardi di anni".

Secondo il nuovo studio, un alone, o sfera sfocata, di materia oscura si è formata intorno al centro di Mrk 1216 circa 3 o 4 miliardi di anni dopo il big bang. Si prevede che questo alone si sia esteso su una regione più ampia delle stelle della galassia. La formazione di una tale galassia pepita rossa era tipica di un'ampia gamma di galassie ellittiche osservate oggi. Però, a differenza di Mrk 1216, la maggior parte delle galassie ellittiche giganti ha continuato a crescere gradualmente di dimensioni quando le galassie più piccole si sono fuse con loro nel tempo cosmico.

"La vecchiaia e la densa concentrazione delle stelle in galassie ellittiche compatte come Mrk 1216 viste relativamente vicine hanno fornito la prima prova chiave che sono i discendenti delle pepite rosse viste a grandi distanze, " ha detto il co-autore Aaron Barth, anche dell'Università della California a Irvine. "Pensiamo che le dimensioni compatte dell'alone di materia oscura visto qui risolvano il caso".

In precedenza, gli astronomi hanno stimato che il buco nero supermassiccio in Mrk 1216 è più massiccio del previsto per una galassia della sua massa. Questo più recente studio, però, ha concluso che è probabile che il buco nero peserà meno di circa 4 miliardi di volte la massa del Sole. Sembra molto, ma potrebbe non essere insolitamente massiccio per una galassia grande come Mrk 1216.

Gli autori hanno anche cercato segni di esplosioni dal buco nero supermassiccio al centro della galassia. Hanno visto tracce di cavità nel gas caldo simili a quelle osservate in altre galassie massicce e ammassi di galassie come Perseo, ma sono necessari più dati per confermare la loro presenza.

I dati Mrk 1216 forniscono anche informazioni utili sulla materia oscura. Poiché la materia oscura non è mai stata osservata direttamente, alcuni scienziati si chiedono se esista del tutto. Nello studio, Buote e Barth hanno interpretato i dati di Chandra utilizzando sia standard, Modelli "newtoniani" della gravità e una teoria alternativa nota come dinamica newtoniana modificata, o "MOND" progettato per eliminare la necessità di materia oscura nelle galassie tipiche. I risultati hanno mostrato che entrambe le teorie della gravità richiedevano circa la stessa straordinaria quantità di materia oscura al centro di Mrk 1216, rimuovendo efficacemente la necessità della spiegazione MOND.

"In futuro speriamo di fare un ulteriore passo avanti e studiare la natura della materia oscura, "ha detto Buote. "Il denso accumulo di materia oscura nel mezzo di Mrk 1216 può fornire un test interessante per teorie non standard che predicono materia oscura meno concentrata centralmente, come per le particelle di materia oscura che interagiscono tra loro con un mezzo aggiuntivo diverso dalla gravità".

Un documento che descrive questi risultati è apparso il 1 giugno, Numero 2019 di The Giornale Astrofisico .