Riassunto:
Gli astronomi sperano da tempo di cercare prove della presenza di materia oscura attraverso spazi vuoti, curve e altre strutture insolite nei flussi di stelle attorno alla Via Lattea. Tuttavia, un nuovo studio dell’Università di Washington mostra che anche senza i minuscoli grumi di materia oscura che si ritiene creino queste caratteristiche, la struttura gravitazionale della galassia stessa potrebbe produrre più o meno lo stesso fenomeno.
I flussi stellari sono nastri allungati di stelle che orbitano attorno alle galassie. I ricercatori hanno simulato circa 15.000 flussi stellari in quattro galassie virtuali di dimensioni simili alla Via Lattea, escludendo deliberatamente piccoli grumi di materia oscura chiamati “subaloni di materia oscura”. Dopo l'equivalente di 5 miliardi di anni di evoluzione simulata, quasi tutte le correnti stellari hanno sviluppato strutture irregolari a vari livelli, e solo 70 sono rimaste completamente lisce.
Arpit Arora, il primo autore del documento di ricerca e ricercatore post-dottorato in astronomia presso l'Università di Washington, ha affermato che i risultati della simulazione mostrano che la galassia ospite stessa può formare una varietà di anomalie comuni nei flussi stellari reali. Ora i ricercatori possono prima prevedere gli effetti delle galassie stesse e poi isolare ulteriormente la porzione che potrebbe effettivamente essere causata dalla materia oscura.
Una ricerca pertinente è stata pubblicata sull'Astrophysical Journal.
Queste distorsioni hanno origine principalmente dalla disomogeneità della struttura interna della galassia. Nella simulazione, le stelle non sono distribuite uniformemente sul disco della galassia, ma formano regioni con densità diverse, simili alle strutture complesse delle galassie reali. Quando i flussi di stelle attraversano regioni più dense, i campi gravitazionali irregolari possono piegarli, strapparli o disperderli.
Alora inizialmente si aspettava che la galassia creasse alcune anomalie, ma non si aspettava che ce ne fossero un numero così grande. Quasi ogni corso d'acqua presenta qualche tipo di cambiamento strutturale, ha detto, il che significa che il presupposto tradizionale secondo cui i corsi d'acqua sono intrinsecamente allungati e lisci non è necessariamente vero.
Le morfologie emerse nella simulazione includevano increspature, piegature, attorcigliamenti, sporgenze, rami, spazi vuoti e ammassi stellari. Alcuni flussi stellari vengono addirittura completamente divisi dall'ambiente gravitazionale complesso e in costante cambiamento della galassia ospite. I flussi di stelle più vicini al nucleo della galassia tendono a sviluppare caratteristiche più irregolari perché attraversano regioni dense e strutturalmente complesse con maggiore frequenza.
Questa scoperta rende più difficile l'utilizzo dei flussi stellari per studiare la materia oscura. Si ritiene che la materia oscura occupi la stragrande maggioranza della massa dell'universo e fornisca lo "scheletro" per la formazione delle galassie. Tuttavia non interagisce con la luce e difficilmente interagisce direttamente con la materia ordinaria. Gli scienziati attualmente possono dedurre la sua esistenza solo attraverso effetti gravitazionali.
Nora Shipp, assistente professore di astronomia presso l'Università di Washington e coautrice dell'articolo, ha affermato che la Via Lattea è uno dei migliori laboratori per studiare la materia oscura e che i flussi stellari sono uno dei suoi strumenti più avanzati. I flussi stellari si formano quando un gruppo di stelle entra in una galassia e viene catturato dalla sua gravità. Mentre questo gruppo di stelle orbita attorno alla galassia, la gravità della galassia lo allunga in nastri allungati. La maggior parte delle galassie può avere flussi stellari, ma quelli attorno alla Via Lattea sono i più facili da osservare.
Molti flussi stellari nella Via Lattea presentano lacune e pieghe. In passato, gli astronomi hanno ipotizzato che queste strutture potrebbero essere formate da disturbi gravitazionali nei flussi stellari che passano vicino ai subaloni di materia oscura. Se questa spiegazione fosse vera, ci si aspetta che la forma del flusso stellare aiuti gli scienziati a comprendere la composizione e la distribuzione della materia oscura.
Tuttavia, nuove simulazioni mostrano che prima di attribuire queste distorsioni alla materia oscura, i ricercatori devono prima escludere effetti simili dalla galassia ospite stessa. Arora prevede di aggiungere nuovamente aggregati di materia oscura nelle simulazioni successive e verificare se producono modelli unici distinguibili dagli effetti della galassia stessa.
Anche le osservazioni future potrebbero aiutare gli scienziati a fare questa distinzione. Si prevede che il Simoni Survey Telescope della National Science Foundation e l'Osservatorio Vera C. Rubin del Dipartimento dell'Energia scopriranno ulteriori informazioni sul flusso stellare della Via Lattea. Una quantità più ricca di dati osservativi potrebbe aiutare gli astronomi a classificare diverse strutture nei flussi stellari e a cercare “impronte digitali” correlate con maggiore sicurezza alla materia oscura.
James Davenport, professore assistente ricercatore di astronomia presso l'Università di Washington, ha sottolineato che non esiste un modo semplice e diretto per rivelare la struttura della materia oscura. Sebbene i flussi stellari siano sistemi complessi, rappresentano ancora uno dei modi più preziosi per studiare la materia oscura vicino al sistema solare.
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