Materia oscura, ossia uno degli aspetti più fondamentali e allo stesso tempo sfuggenti dei modelli cosmologici. Se non incorporassimo la sua esistenza nelle equazioni di base dell’astrofisica, non si riuscirebbe a spiegare la velocità di rotazione delle galassie, gli ammassi che formano e i loro movimenti; d’altra parte, però, nessuno l’ha mai osservata direttamente né sa con precisione di cosa sia realmente composta, anche perché sembra davvero impenetrabile, nel senso che non interagisce con la materia ordinaria, e quindi sfugge ostinatamente alle osservazioni. Tutto ciò è racchiuso nell’aggettivo che la descrive – oscura come la selva dantesca – appioppatogli per lasciar intendere che al momento non ne sappiamo ancora molto. Eppure, la ricerca degli ultimi decenni non ha lesinato alcuno sforzo per cercare di confermarne l’esistenza, scandagliando il cielo alla ricerca di effetti gravitazionali inspiegabili che dimostrerebbero la presenza di enormi ammassi di materia completamente invisibili, elaborando modelli teorici per spiegarne la formazione nell’Universo primordiale, e cercando di inferirne la natura attraverso osservazioni indirette. E ora, ad aggiungere caos al caos, l’ennesima novità: un gruppo di scienziati della Yale University, coordinati dall’astrofisico Michal Keim, ha osservato una galassia che sembra tranquillamente fare a meno della materia oscura per muoversi ed esistere. Si chiama NGC 1052-DF9, è la terza di questo tipo, e la sua osservazione potrebbe aiutare a gettare nuova luce sul mistero della materia oscura. Obiettivo degli scienziati, ora, è capire se queste tre galassie senza materia oscura (più eventuali altre ancora non osservate) sono l’eccezione che confermano la regola o nascondono una nuova fisica ancora da scoprire. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal.L'anomalia di DF9 e il suo “peso” stellareLe altre due galassie senza materia oscura (NGC 1052-DF2 e NGC 1052-DF4), oltre a presentare ammassi globulari insolitamente luminosi, formano una specie di “scia” con le altre galassie a bassa luminosità nel campo visivo di NGC 1052 (il campo visivo è la porzione di cielo che un telescopio riesce a inquadrare in una singola sessione di osservazione o l’area che circonda un oggetto celeste principale, in questo caso la grande galassia ellittica NGC 1052). “Se le altre galassie su questa scia si sono formate insieme a DF2 e DF4, ad esempio da gas separato dalla materia oscura tramite una collisione – scrivono i ricercatori – potrebbero anch’esse esserne prive. DF9 era il candidato ideale per testare questa ipotesi, essendo l’analogo più simile per luminosità e dimensioni a DF2 e DF4”. Per misurare l’“assenza” di qualcosa, i ricercatori hanno dovuto calcolare la cosiddetta massa dinamica del sistema, osservando come si muovono le stelle al suo interno: la metrica precisa si chiama dispersione di velocità stellare, che per DF9 si attesta intorno a 6,5 km/s. Bingo: se la galassia avesse avuto un normale alone di materia oscura, la velocità delle sue stelle sarebbe dovuta essere quattro volte tanto, donde la conclusione dei ricercatori che, proprio come per DF2 e DF4, la materia oscura non è necessaria per spiegare le dinamiche di DF9.Galassie sulla bilanciaVa sottolineato che i risultati dell’osservazione vanno presi con le pinze: studiare oggetti così lontani e piccoli comporta infatti notevoli limitazioni metodologiche. I ricercatori, in particolare, si sono affidati a oltre 10 ore di osservazioni combinate utilizzando lo spettrografo Keck Cosmic Web Imager (Kcwi) alle Hawaii, e misurare una dispersione di velocità così bassa è un’operazione molto delicata, in quanto fattori intrinseci alle stelle possono alterare il risultato. Gli scienziati hanno dovuto sottrarre gli effetti del cosiddetto broadening (l’allargamento delle linee spettrali dovuto alla rotazione e macroturbolenza delle singole stelle) e, soprattutto, il “rumore” generato dalle stelle binarie, inferendolo dall’analogia con altre stelle, il che ha introdotto un ulteriore margine di incertezza statistica. C’è inoltre il problema della distanza: calcolare la massa dipende anche dalla distanza stimata della galassia, che in questo caso non è certamente piccola.L'ipotesi dello scontroA questo punto è lecito chiedersi come si forma una galassia senza materia oscura. Secondo la teoria attualmente più accreditata, proposta originariamente nel 2019 e supportata da diverse simulazioni, alla base ci sarebbe una collisione ad alta velocità tra due galassie nane ricche di gas e dominate da materia oscura, che durante l’urto subiscono un processo di separazione: la materia oscura, che come dicevamo interagisce poco o niente con tutto il resto, “sopravvive” illesa allo scontro, mentre il gas collassa, rallenta e si separa dagli aloni originari, formando nuove galassie formate da sola materia ordinaria. È un processo simile a quello già osservato su scale molto più grandi: “Questo analogo su scala galattica – scrivono ancora i ricercatori nello studio – spiega sia gli ammassi globulari estremamente luminosi di DF2 e DF4 che l’esistenza di DF9 senza materia oscura: esserne riusciti a misurare le dinamiche fornisce una prova solida a favore di questa teoria delle formazione”.Un dibattito ancora apertoIl dibattito, comunque, è ancora aperto. Sebbene lo studio consideri anche modelli alternativi per la rimozione della materia oscura, come gas espulso da quasar o forze mareali derivanti dalla fusione di galassie massicce, il modello della collisione rimane attualmente il migliore per spiegare l’allineamento osservato in questo specifico gruppo; più di un cosmologo, inoltre, propone di rivedere le stime degli aloni di materia oscura, ipotizzando l’esistenza di aloni “cored” (con un nucleo a densità costante) estremamente dilatati. In ogni caso, trovare altre galassie di questo tipo, almeno nella scia di DF2, DF4 e DF9, non sarà semplice, dato che gli altri oggetti sono fino a 100 volte più deboli e hanno dispersioni stimate di appena 1-4 km/s. Le future osservazioni, con ogni probabilità, si concentreranno sulla ricerca di tracce di gas neutro o ionizzato lasciato dietro dalla collisione originale, sempre che questa abbia davvero avuto luogo: “Tuttavia – concludono gli autori – in qualunque modo si sia formata, questa terza galassia priva di materia oscura, e il resto della scia, rappresentano uno degli estremi allo spettro delle dinamiche della formazione delle galassie e sono fondamentali per comprendere la natura della materia oscura”.