Una nuova teoria sulla natura della materia oscura aiuta a spiegare perché una coppia di galassie a circa 65 milioni di anni luce dalla Terra contiene pochissima materia misteriosa, secondo uno studio condotto da un fisico dell'Università della California, Lungofiume.

La materia oscura non è luminosa e non può essere vista direttamente. Pensato per costituire l'85% della materia nell'universo, la sua natura non è ben compresa. A differenza della materia normale, non assorbe, riflettere, o emettere luce, rendendo difficile il rilevamento.

La teoria prevalente della materia oscura, conosciuta come materia oscura fredda, o CDM, presuppone che le particelle di materia oscura siano prive di collisioni, a parte la gravità. Una seconda teoria più recente, chiamata materia oscura auto-interagente, o SIDM, propone che le particelle di materia oscura interagiscono tra loro attraverso una nuova forza oscura. Entrambe le teorie spiegano come emerge la struttura complessiva dell'universo, ma prevedono diverse distribuzioni di materia oscura nelle regioni interne di una galassia. Il SIDM suggerisce che le particelle di materia oscura si scontrano fortemente tra loro nell'alone interno di una galassia, vicino al suo centro.

Tipicamente, una galassia visibile è ospitata da un alone invisibile di materia oscura, un ammasso concentrato di materiale, a forma di palla, che circonda la galassia ed è tenuto insieme dalle forze gravitazionali. Recenti osservazioni di due galassie ultra-diffuse, NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4, mostrare, però, che questa coppia di galassie contiene molto poco, se del caso, materia oscura, difficile comprensione da parte dei fisici della formazione delle galassie. Le osservazioni astrofisiche suggeriscono che NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4 sono probabili galassie satellite di NGC1052.

"Si pensa comunemente che la materia oscura domini la massa complessiva in una galassia, " ha detto Hai-Bo Yu, professore associato di fisica e astronomia all'UCR, che ha condotto lo studio. "Le osservazioni di NGC 1052-DF2 e -DF4 mostrano, però, che il rapporto tra la loro materia oscura e le loro masse stellari è di circa 1, che è 300 volte inferiore al previsto. Per risolvere la discrepanza, abbiamo considerato che gli aloni DF2 e DF4 potrebbero perdere la maggior parte della loro massa attraverso le interazioni di marea con la massiccia galassia NGC 1052".

Utilizzando simulazioni sofisticate, il team guidato dall'UCR ha riprodotto le proprietà di NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4 attraverso lo stripping delle maree, l'asportazione di materiale da parte delle forze di marea galattiche, da parte di NGC1052. Poiché le galassie satellite non possono contenere la massa spogliata con le proprie forze gravitazionali, viene effettivamente aggiunto alla massa di NGC 1052.

I ricercatori hanno considerato sia gli scenari CDM che SIDM. I loro risultati, pubblicato in Lettere di revisione fisica , indicano che SIDM forma galassie carenti di materia oscura come NGC 1052-DF2 e -DF4 in modo molto più favorevole rispetto a CDM, poiché la perdita di massa mareale dell'alone interno è più significativa e la distribuzione stellare è più diffusa in SIDM.

Il documento di ricerca è stato selezionato come "suggerimento dell'editore" dalla rivista, un onore che solo pochi giornali selezionati ricevono ogni settimana per promuovere la lettura in tutti i campi.

Yu ha spiegato che la perdita di massa delle maree potrebbe verificarsi sia negli aloni CDM che SIDM. In CDM, la struttura dell'alone interno è "rigida" e resiliente allo stripping delle maree, il che rende difficile per un tipico alone CDM perdere massa interna sufficiente nel campo di marea per accogliere osservazioni di NGC 1052-DF2 e -DF4. In contrasto, in SIDM, le autointerazioni della materia oscura potrebbero spingere le particelle di materia oscura dalle regioni interne a quelle esterne, rendendo l'alone interno "più soffice" e aumentando di conseguenza la perdita di massa della marea. Ulteriore, la distribuzione stellare diventa più diffusa.

"Un tipico alone CDM rimane troppo massiccio nelle regioni interne anche dopo l'evoluzione delle maree, " disse Yu.

Prossimo, il team eseguirà uno studio più completo del sistema NGC 1052 ed esplorerà le galassie scoperte di recente con nuove proprietà nel tentativo di comprendere meglio la natura della materia oscura.

Il titolo del documento di ricerca è "Self-Interacting Dark Matter and the Origin of Ultradiffuse Galassie NGC1052-DF2 e -DF4".