Le galassie nane, da tempo considerate satelliti stabili e ricchi di materia oscura della Via Lattea, potrebbero in realtà essere strutture transitorie e meno influenzate dalla materia oscura di quanto si pensasse in precedenza. Questa è la sorprendente scoperta emersa da un recente studio basato sui dati del satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Gli astronomi hanno sempre creduto che queste piccole galassie orbitassero attorno alla nostra galassia da quasi 10 miliardi di anni, protette da enormi quantità di materia oscura che le salvaguardavano dagli effetti delle maree gravitazionali della Via Lattea. Tuttavia, le nuove ricerche suggeriscono che la maggior parte delle galassie nane potrebbe essere distrutta poco dopo il loro ingresso nell’alone galattico, mettendo in discussione le convinzioni di lunga data sulla loro stabilità e composizione.
Nuove intuizioni sulla dinamica delle galassie nane
I dati più recenti del satellite Gaia hanno rivelato una visione completamente diversa delle proprietà delle galassie nane. Gli astronomi dell’Osservatorio di Parigi - PSL, del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) e dell’Istituto Leibniz di Astrofisica di Potsdam (AIP) sono stati in grado di ricostruire la storia della Via Lattea, grazie alla relazione che collega l’energia orbitale di un oggetto al suo periodo di ingresso nell’alone, ovvero il momento in cui è stato catturato per la prima volta dal campo gravitazionale della Via Lattea: gli oggetti arrivati in epoche remote, quando la Via Lattea era meno massiccia, hanno energie orbitali inferiori rispetto a quelli arrivati più di recente.
Le energie orbitali della maggior parte delle galassie nane sono sorprendentemente molto più grandi di quelle della galassia nana del Sagittario, entrata nell’alone 5 o 6 miliardi di anni fa. Ciò implica che la maggior parte delle galassie nane è arrivata molto più di recente, meno di tre miliardi di anni fa.
Trasformazione e perdita di gas nelle galassie nane
Un arrivo così recente implica che le galassie nane vicine provengano dall’esterno dell’alone, dove quasi tutte le galassie nane sono osservate contenere enormi riserve di gas neutro. Le galassie ricche di gas hanno perso il loro gas quando sono entrate in collisione con il gas caldo dell’alone galattico. La violenza degli urti e della turbolenza nel processo ha completamente trasformato le galassie nane. Mentre in precedenza le galassie nane ricche di gas erano dominate dalla rotazione di gas e stelle, quando si trasformano in sistemi privi di gas, la loro gravità diventa bilanciata dai moti casuali delle loro stelle rimanenti.
Le galassie nane perdono il loro gas in un processo così violento che le mette fuori equilibrio, il che significa che la velocità con cui si muovono le loro stelle non è più in equilibrio con la loro accelerazione gravitazionale. Gli effetti combinati della perdita di gas e degli urti gravitazionali dovuti all’immersione nella galassia spiegano bene la vasta gamma di velocità delle stelle all’interno del resto della galassia nana.
Riconsiderare il ruolo della materia oscura
Uno degli aspetti più curiosi di questo studio è il ruolo della materia oscura. Innanzitutto, l’assenza di equilibrio impedisce qualsiasi stima della massa dinamica delle galassie nane della Via Lattea e del loro contenuto di materia oscura. In secondo luogo, mentre nello scenario precedente la materia oscura proteggeva la presunta stabilità delle galassie nane, invocare la materia oscura diventa piuttosto inappropriato per oggetti fuori equilibrio. Infatti, se la galassia nana contenesse già molta materia oscura, avrebbe stabilizzato il suo disco iniziale di stelle rotanti, impedendo la trasformazione della galassia nana in una galassia con moti stellari casuali come osservato.
Implicazioni e domande sollevate
L’arrivo recente descritto delle galassie nane e le loro trasformazioni nell’alone spiegano bene molte proprietà osservate di questi oggetti, in particolare perché hanno stelle a grandi distanze dal loro centro. Le loro proprietà sembrano compatibili con un’assenza di materia oscura, contrariamente alla precedente comprensione delle galassie nane come gli oggetti più dominati dalla materia oscura.
Ora sorgono molte domande, come: dove sono le molte galassie nane dominate dalla materia oscura che il modello cosmologico standard si aspetta intorno alla Via Lattea? Come possiamo dedurre il contenuto di materia oscura di una galassia nana se non si può presumere l’equilibrio? Quali altre osservazioni potrebbero discriminare tra le galassie nane proposte fuori equilibrio e l’immagine classica con galassie nane dominate dalla materia oscura?
Riferimento: “The accretion history of the Milky Way – II. Internal kinematics of globular clusters and of dwarf galaxies” di Francois Hammer, Jianling Wang, Gary A Mamon, Marcel S Pawlowski, Yanbin Yang, Yongjun Jiao, Hefan Li, Piercarlo Bonifacio, Elisabetta Caffau e Haifeng Wang, 20 novembre 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI: 10.1093/mnras/stad2922
