Le galassie satellite della Via Lattea aiutano a testare la teoria della materia oscura: lo dimostrano alcuni fisici utilizzando il modello di “materia oscura auto-interagente” per le osservazioni astronomiche di due galassie satellite.

Usare le galassie satellite delle via Lattea per avere informazioni sulla materia oscura: è questo quanto fatto da un gruppo di ricerca guidato da fisici dell’Università della California, a Riverside.

La materia oscura costituisce probabilmente l’85% dell’Universo

“Minuscole” galassie satellite della Via Lattea possono essere utilizzate per testare le proprietà fondamentali della materia oscura, ossia materiale non luminoso che si ritiene costituisca l’85% della materia nell’universo.

Utilizzando sofisticate simulazioni, i ricercatori mostrano che la teoria della materia oscura autointeragente, o SIDM, è in grado di spiegare in modo convincente diverse distribuzioni di materia oscura in Draco e Fornax, due delle oltre 50 galassie satellitari scoperte della Via Lattea.

È tuttora difficile spiegare la distribuzione di materia oscura nelle galassie

La teoria prevalente della materia oscura, chiamata Cold Dark Matter (CDM) spiega gran parte dell’universo, incluso il modo in cui le strutture emergono in esso. Ma una sfida ancora non vinta per la teoria CDM è quella di spiegare le diverse distribuzioni di materia oscura nelle galassie.

I ricercatori, guidati da Hai-Bo Yu e Laura V. Sales di UC Riverside, hanno studiato l’evoluzione dei subhalos SIDM nel “campo di marea” della Via Lattea – il gradiente nel campo gravitazionale della Via Lattea che sente una galassia satellitare sotto forma di una forza di marea. I subhalos sono ammassi di materia oscura che ospitano le galassie satellitari.

Abbiamo scoperto che SIDM può produrre diverse distribuzioni di materia oscura negli aloni di Draco e Fornax, in accordo con le osservazioni

ha detto Yu, professore associato di fisica e astronomia e fisico teorico con esperienza nelle proprietà delle particelle di materia oscura che continua

In SIDM, l’interazione tra il subhalos e le maree della Via Lattea porta a distribuzioni di materia oscura maggiormente diverse nelle regioni interne del subhalos, rispetto alle loro controparti CDM.

Draco e Fornax hanno estremi opposti nel loro contenuto interno di materia oscura. Draco ha la più alta densità di materia oscura tra le nove luminose galassie satellitari della Via Lattea, Fornax invece il più basso.

Utilizzando misure astronomiche avanzate, gli astrofisici hanno recentemente ricostruito le loro traiettorie orbitali nel campo di marea della Via Lattea.

La nostra sfida era capire l’origine delle diverse distribuzioni di materia oscura di Draco e Fornax alla luce di queste traiettorie orbitali appena misurate

ha detto Yu che continua

Abbiamo scoperto che SIDM può fornire una spiegazione dopo aver preso in considerazione sia gli effetti delle maree che le autointerazioni della materia oscura

La natura della materia oscura rimane in gran parte sconosciuta. A differenza della normale materia, non assorbe, riflette o emette luce, rendendo difficile il rilevamento.

Identificare la natura della materia oscura è un compito centrale nella fisica delle particelle e nell’astrofisica.

Nel CDM, si presume che le particelle di materia oscura siano senza collisione e ogni galassia si trovi all’interno di un alone di materia oscura che forma l’impalcatura gravitazionale che la tiene insieme.

In SIDM, si propone alla materia oscura di interagire da sé attraverso una nuova forza oscura. Si presume che le particelle di materia oscura si scontrino fortemente l’una con l’altra nell’alone interno, vicino al centro della galassia, un processo chiamato interazione con la materia oscura.

Il nostro lavoro mostra che le galassie satellitari della Via Lattea possono fornire test importanti su diverse teorie: in particolare mostriamo che l’interazione tra auto-interazioni della materia oscura e interazioni di marea può produrre nuove firme in SIDM che non sono previste nella teoria prevalente del CDM.

ha detto Sales, un professore associato di fisica e astronomia e un astrofisico con esperienza nelle simulazioni numeriche della formazione di galassie.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno utilizzato principalmente simulazioni numeriche, chiamate simulazioni N-body e hanno ottenuto preziose informazioni anche attraverso la modellizzazione analitica pre-simulazioni.

I ricercatori hanno sottolineato che il loro lavoro attuale si concentra principalmente sul SIDM e non effettua una valutazione critica su quanto bene il CDM possa spiegare sia Draco che Fornax.

Dopo che il team ha utilizzato simulazioni numeriche per tenere adeguatamente conto dell’interazione dinamica tra le auto-interazioni della materia oscura e interazioni di marea, i ricercatori hanno osservato un risultato sorprendente e hanno dichiarato:

La materia oscura centrale di un subhalo SIDM potrebbe aumentare, contrariamente alle normali aspettative. È importante sottolineare che le nostre simulazioni identificano le condizioni affinché questo fenomeno si verifichi in SIDM e mostriamo che così si possono spiegare le osservazioni di Draco.

Il team di ricerca prevede di estendere lo studio ad altre galassie satellitari, comprese le galassie ultrafinte.