Danzando come se non ci fosse dark matter

Nella periferia di Centaurus A, una galassia a circa 13 milioni di anni luce da noi, si aggirano alcune galassie nane satelliti. Niente di strano, se non fosse che 14 (su 16 osservate) di queste galassie si aggirano in un modo che sta creando parecchi grattacapi ai cosmologi: osservazioni e simulazioni non vanno d’accordo. Peggio ancora: ciò che mostrano le osservazioni, illustra un articolo pubblicato oggi su Science, non è spiegabile dal modello cosmologico standard, quello basato sulla materia oscura fredda.

Fra i ricercatori che hanno firmato lo studio, guidato da Oliver Müller dell’Università di Basilea, c’è anche un giovane ricercatore italiano, Federico Lelli, nato a Chiaravalle (Ancona), il paese natale di Maria Montessori. «A dire il vero sono cresciuto in un paese limitrofo, Castelferretti», dice Lelli a Media Inaf, «dove le scuole elementari e medie non sono montessoriane. Ritengo però che la scelta di diventare uno scienziato sia maturata durante il liceo scientifico, dove ho avuto ottime professoresse di matematica e fisica». E ottime devono esserlo state davvero, visto che oggi Lelli – laurea a Bologna e PhD ad Amsterdam – è ricercatore postdoc a Monaco, allo European Southern Observatory. Dove lo abbiamo raggiunto per comprendere la portata della sua scoperta.

Cosa c’è che non torna, nelle 16 galassie nane satelliti di Centaurus A da voi studiate?

«Il modello cosmologico Lambda-Cdm (lambda cold dark matter) assume che le galassie si formino all’interno di aloni di materia oscura. Gli aloni più grandi, che ospitano galassie massicce come la Via Lattea, sono circondati da una miriade di aloni satelliti più piccoli, che ospitano galassie nane. Le simulazioni cosmologiche mostrano che le galassie nane dovrebbero essere distribuite in modo casuale attorno alla galassia centrale e dovrebbero muoversi in modo caotico, come api attorno all’alveare. In Centaurus A, invece, troviamo che le nane satelliti si dispongono su di un piano e mostrano un movimento coerente. Questa situazione può essere interpretata come un disco spesso di satelliti che orbitano intorno alla galassia centrale. Queste configurazioni sono estremamente rare nelle simulazioni cosmologiche che utilizzano la materia oscura: un sistema di satelliti come quello di Centaurus A dovrebbe essere osservato solo una volta su mille».

Si verifica solo su Centaurus A, questo comportamento anomalo?

«Alcuni anni fa, lo stesso comportamento è stato osservato da altri astronomi attorno alla Via Lattea e alla nostra vicina Andromeda. Visto che questi piani di nane satelliti dovrebbero essere molto rari, alcuni scienziati hanno iniziato a sostenere che il Gruppo Locale – che contiene sia la Via Lattea che Andromeda – potrebbe essere anomalo. Nel nostro studio dimostriamo che questo non è il caso: un comportamento simile è osservato attorno a Centaurus A, che si trova al di fuori del Gruppo Locale».

Andromeda, la Via Lattea e ora Centaurus A, dunque. In totale, tre galassie su centinaia di miliardi. Non è un po’ poco, per dire che c’è qualcosa da rivedere nel modello cosmologico?

«È importante notare che queste tre galassie – la Via Lattea, Andromeda e Centaurus A – sono gli oggetti per cui abbiamo le informazioni più dettagliate e più precise riguardo la distribuzione e cinematica delle nane satelliti. Sarà difficile studiare altre galassie con la stessa accuratezza, visto che sono più distanti da noi e i loro satelliti sono meno luminosi, ma abbiamo già dei progetti al riguardo. Al momento, possiamo affermare che sistemi di satelliti come la Via Lattea, Andromeda, e Centaurus A dovrebbero essere osservati ciascuno con una probabilità al di sotto dell’un per cento. Se facciamo un conto semplicistico moltiplicando queste probabilità, otteniamo qualcosa come una possibilità su un milione, che è un po’ come vincere alla Lotteria Nazionale. O siamo stati incredibilmente fortunati, oppure c’è qualcosa da rivedere».

Siete stati i primi ad accorgervene?

«Il primo autore del nostro articolo – Oliver Müller dell’Università di Basilea – aveva già studiato Centaurus A in precedenza e trovato che i satelliti si dispongono su di un piano, ma non aveva ancora considerato l’informazione sulla velocità dei satelliti. Le velocità dei satelliti sono estremamente importanti quando si fanno dei confronti tra osservazioni e simulazioni. Nelle simulazioni accade spesso che vi siano piani “spuri” di galassie satelliti dovuti ad allineamenti casuali lungo la linea di vista dell’osservatore. Ad esempio, se consideriamo esclusivamente la distribuzione spaziale dei satelliti nel cielo, un sistema come Centaurus A si può trovare una volta su cinque nelle simulazioni, quindi non ci sarebbe nulla di strano. Quando si considerano anche le velocità dei satelliti, invece, il quadro cambia completamente e il sistema di Centaurus A diventa molto raro. In sostanza, la nostra idea è stata quella di aggiungere l’informazione sulle velocità nel mix per fare un confronto più preciso con le simulazioni cosmologiche».

Ma se non c’è materia oscura, i moti delle galassie negli ammassi come si spiegano, secondo lei? E i risultati cosmologici, per esempio quelli derivanti dallo spettro delle anisotropie del fondo cosmico a microonde?

«Calma. Il nostro studio dimostra che il problema dei “piani di satelliti” non è limitato al Gruppo Locale, ma è più generale. Nella migliore delle ipotesi, questo problema indica che c’è qualcosa che non va con le attuali simulazioni cosmologiche e qualcosa di profondo da capire riguardo la formazione delle galassie nane. Nella peggiore delle ipotesi, invece, questo problema potrebbe essere un campanello d’allarme: non possiamo escludere la possibilità che l’attuale modello cosmologico debba essere rivisto nelle sue fondamenta, considerando che la materia oscura non è ancora stata rilevata e l’energia oscura rimane un altro grande mistero».

Per saperne di più:

• Leggi su Science l’articolo “A whirling plane of satellite galaxies around Centaurus A challenges cold dark matter cosmology“, di O. Müller, M.S. Pawlowski, H. Jerjen e F. Lelli

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