La materia oscura comprende circa l’85% di tutta la materia dell’universo. Sebbene la materia ordinaria assorba, rifletta ed emetta luce, la materia oscura non può essere vista direttamente, il che rende difficile la sua rilevazione. La sua esistenza è dedotta dai suoi effetti gravitazionali sulla materia visibile, il materiale che forma stelle, pianeti e altri oggetti nel cosmo.
Le galassie sono costituite da questi due tipi di materiale. La materia oscura è distribuita negli aloni, che sono enormi strutture che circondano le galassie, mentre la materia ordinaria è presente principalmente nelle regioni centrali dove si trova la maggior parte delle stelle.
Tradizionalmente gli studi osservativi dell’evoluzione galattica si sono concentrati sul ruolo della materia ordinaria, anche se rappresenta una frazione piuttosto piccola della massa di una galassia. Da decenni si fanno previsioni teoriche sugli effetti che la materia oscura dovrebbe avere sull’evoluzione delle galassie. Tuttavia, nonostante i numerosi sforzi, non esiste un chiaro consenso al riguardo.
Ora, la ricerca condotta da un team dell’IAC è riuscita a confermare, per la prima volta mediante osservazioni, l’effetto della materia oscura sull’evoluzione delle galassie. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Astronomy .
"La materia oscura ha un effetto evidente sulle galassie perché possiamo misurarlo, ma l'effetto sull'evoluzione delle galassie che abbiamo scoperto è qualcosa che era stato proposto, anche se non avevamo una tecnica per studiarlo osservativamente", spiega Laura Scholz Díaz, ricercatore pre-dottorato presso l'IAC e primo autore dell'articolo.
Per studiare l'effetto della materia oscura il team si è concentrato sulla differenza tra la massa delle stelle in una galassia e la massa che può essere dedotta dalla sua rotazione, chiamata massa dinamica totale.
La ricerca ha dimostrato che l’età, il contenuto di metalli, la morfologia, il momento angolare e la velocità di formazione delle stelle dipendono non solo dalla massa di quelle stelle, ma anche dalla massa totale, e questo significa includere la componente di materia oscura che si adatta alle stime della massa dell'alone.
"Abbiamo visto che nelle galassie con uguale massa di stelle, le loro popolazioni stellari si comportano diversamente a seconda che l'alone contenga più o meno materia oscura, in altre parole, l'evoluzione di una galassia, dalla sua formazione fino ad oggi è modificata dall'alone in cui è contenuta. Se avrà un alone più o meno massiccio, l'evoluzione della galassia nel tempo sarà diversa, e ciò si rifletterà nelle proprietà delle stelle che contiene", aggiunge Ignacio Martín. Navarro, ricercatore IAC e coautore dell'articolo
In futuro il team prevede di effettuare misurazioni di popolazioni stellari a diverse distanze dal centro della galassia, e di mostrare se questa dipendenza dall'alone di materia oscura delle proprietà delle stelle viene mantenuta a tutti i raggi. Un passo successivo della ricerca consentirà lo studio della relazione tra gli aloni di materia oscura e la struttura a larga scala dell'universo.
"Questi aloni di materia oscura non vengono creati da soli, ma sono collegati da filamenti che fanno parte della struttura su larga scala, chiamata rete cosmica", afferma Scholz. "La massa dell'alone sembra modificare le proprietà della sua galassia, ma potrebbe essere il risultato della posizione occupata da ciascun alone all'interno della rete cosmica. Nei prossimi anni vogliamo vedere l'effetto di questa struttura su larga scala nel contesto che stiamo studiando", spiega.
Questo studio si basa su 260 galassie del CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), un progetto internazionale a cui l'IAC partecipa attivamente sotto il coordinamento di Jesús Falcón Barroso, un altro coautore dell'articolo.
"Questa indagine fornisce informazioni spettrali e fornisce una copertura spaziale delle galassie senza precedenti", afferma. "Queste galassie sono state osservate in una configurazione ad alta risoluzione, per ottenere misurazioni dettagliate delle loro proprietà cinematiche, che ci hanno permesso di studiare i movimenti delle stelle in modo molto preciso, e quindi di dedurre le masse totali delle galassie."
Ulteriori informazioni: Laura Scholz-Díaz et al, Proprietà barioniche delle galassie vicine attraverso la relazione di massa dinamica stellare-totale, Astronomia naturale (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02209-8
Fornito da Instituto de Astrofísica de Canarias
