Svelare i segreti della materia oscura attraverso galassie asimmetriche

Gli scienziati determinano la velocità della materia oscura esaminando le galassie di forma irregolare a causa dell'attrito dinamico provocato dalla presenza di materia oscura. L’identificazione delle interazioni tra la materia oscura e le galassie facilita i progressi nella fisica teorica e nella cosmologia. Credito: SciTechDaily.com

Fondamentale nel rivelare gli enigmi della materia oscura, l’esame delle galassie di forma irregolare scopre come le forze gravitazionali e l’attrito dinamico contribuiscono alla nostra comprensione del cosmo.

Allora, come si fa a misurare la velocità della materia oscura? Il primo passo prevede l’identificazione di una galassia che si sta muovendo rispetto alla materia oscura all’interno dell’universo, il che in genere non è un compito arduo dato il movimento insito nell’universo e la significativa abbondanza di materia oscura.

I grandi corpi celesti, come le galassie, mostrano un’attrazione gravitazionale che influisce su tutta la materia, vista o invisibile. Quando la materia oscura passa accanto a una galassia, viene attratta verso di essa, un processo che richiede tempo per influenzare la velocità e la direzione delle particelle. In particolare, prima dell’aggiustamento della loro traiettoria di volo verso la galassia, queste particelle già aggirano la galassia.

Di conseguenza, le particelle di materia oscura non si integrano nella galassia ma seguono piuttosto un percorso dietro di essa. Di conseguenza, la densità della materia aumenta dietro la galassia, contribuendo ad un rallentamento denominato attrito dinamico. Il livello di attrito dinamico dipende dalla velocità con cui le particelle di materia oscura attraversano la galassia, indicando quanto tempo è necessario affinché la galassia influenzi la traiettoria delle particelle di materia oscura. Se le particelle si muovono lentamente, una materia ad alta densità si accumula più vicino alla galassia, inducendo un ulteriore rallentamento.

Immagina una galassia rappresentata da un punto verde, raffigurato nei pannelli superiori, che dimostra il movimento delle particelle di materia oscura rispetto alla galassia. I pannelli inferiori espongono le varie traiettorie influenzate dal campo gravitazionale della galassia, portando ad una sovradensità di materia dietro la galassia. Questa sovradensità costringe la galassia a diminuire la sua velocità e ad alterare la sua forma. Credito: Rain Kipper

Supponiamo che la galassia che esercita l'attrito dinamico sia di dimensioni considerevoli. In questo scenario, esistono variazioni nell’intensità dell’attrito in tutta la galassia a causa dell’elevata densità dietro di essa, e queste disparità contribuiscono alla forma insolita della galassia. Sulla Terra, incontriamo una trasformazione parallela nella forma causata dalla gravità della luna, con conseguente fluttuazione dei livelli di marea.

La dimensione delle particelle di materia oscura ha poca importanza; si curveranno costantemente dietro una galassia. Tuttavia, se le particelle hanno dimensioni più o meno equivalenti a quelle delle galassie, l’accuratezza dei risultati potrebbe essere compromessa. Tuttavia, tali modelli della materia oscura sono stati in gran parte esclusi.

Scoprire galassie di forma irregolare non è generalmente difficile poiché costituiscono circa il 30% di tutte le formazioni galattiche. Naturalmente, i parametri differiscono a seconda di quanto lontano possiamo osservare le porzioni esterne di una galassia e di quale grado di irregolarità classifica una galassia come sbilenca.

L'attrito dinamico non è l'unica causa delle galassie di forma irregolare. Anche altri fattori, come la fusione di più galassie, possono indurre asimmetria. In questi casi è possibile identificare all'interno della galassia appena formata il nucleo di un'altra galassia o un alone stellare ingrandito. Inoltre, un consistente afflusso di gas può influenzare la forma di una galassia, anche se il ripristino della sua forma originale richiede miliardi di anni.

Quindi, per accertare misurazioni precise della velocità della materia oscura, è necessaria una galassia sbilenca e relativamente isolata. Con interazioni minime con altre galassie, c’è più certezza che la forma sbilenca sia il risultato esclusivamente del passaggio della materia oscura.

Recentemente abbiamo compreso come calcolare con precisione le forze in atto durante i cicli di marea sulle galassie. La sfida successiva prevede l’individuazione di galassie sufficientemente sbilanciate da facilitare lo studio della velocità della materia oscura in relazione alle galassie.+

La cosmologia è un importante poligono di prova della fisica teorica. Calcolare la velocità della materia oscura può essere importante per testare nuovi modelli di materia oscura e sollevare il velo di segretezza sulla natura della materia oscura.