Successivamente, Vera Rubin e Kent Ford, studiando le velocità delle stelle nelle galassie a spirale attraverso lo spostamento delle lunghezze d’onda della luce, confermarono il fenomeno osservato da Zwicky. Scoprirono che le stelle ai bordi delle galassie, meno densamente popolate, si muovevano rapidamente tanto quanto quelle vicine ai centri galattici.
La fisica ha largamente accettato l’ipotesi che queste galassie e ammassi di galassie contengano una sostanza misteriosa, la materia oscura, che non emette, riflette o assorbe luce, interagendo con la materia normale solo tramite la gravità. Si stima che l’universo osservabile contenga circa cinque volte più materia oscura rispetto alla materia ordinaria, che costituisce stelle, pianeti e altro.
Nonostante sia trascorso quasi un secolo dalla sua proposta, la natura della materia oscura rimane sconosciuta. Un recente studio condotto da un team della Case Western Reserve University ha analizzato un catalogo di 130.000 galassie, osservando come una galassia in primo piano influenzasse, tramite lente gravitazionale, la luce di galassie sullo sfondo. Questo fenomeno si verifica quando oggetti di grande massa curvano lo spaziotempo, deviando la luce che li circonda.
Se la rapida rotazione delle stelle ai bordi delle galassie fosse causata da accumuli di materia oscura, ci si aspetterebbe che l’alone di materia oscura diminuisse a una certa distanza dal centro galattico. Tuttavia, lo studio ha rivelato che la curvatura della luce persiste a distanze molto maggiori di quanto previsto dai modelli di materia oscura. Le curve di velocità circolare risultano costanti fino a centinaia di kiloparsec, forse anche 1 Mpc, senza segni di riduzione dell’alone di materia oscura.
Queste osservazioni mettono in discussione i modelli esistenti, che prevederebbero una diminuzione delle velocità delle stelle orbitanti man mano che ci si allontana dal centro galattico. Una stella posta in queste regioni lontane mostrerebbe le stesse velocità costanti osservate ai bordi visibili delle galassie.
Secondo il team, è possibile che queste osservazioni suggeriscano che gli aloni di materia oscura si estendano molto più lontano di quanto pensato in precedenza. In alternativa, se tale effetto fosse confermato o trovato estendersi ancora più lontano, potrebbe indicare che la nostra comprensione della gravità è incompleta.
Stacy McGaugh, professore e direttore di astronomia presso il College of Arts and Sciences, ha dichiarato che le implicazioni di questa scoperta sono profonde, potendo non solo ridefinire la nostra comprensione della materia oscura, ma anche spingerci a esplorare teorie alternative sulla gravità, sfidando il tessuto stesso dell’astrofisica moderna.
Esistono alternative alla cosmologia della materia oscura, come la Dinamica Newtoniana Modificata (MOND), che spiega la strana rotazione delle galassie attraverso modifiche alla gravità sperimentate da oggetti con accelerazione molto bassa, come quelli ai bordi delle galassie. Quando l’accelerazione gravitazionale è sufficientemente piccola, si verifica un comportamento gravitazionale diverso.
Nonostante ciò, la materia oscura rimane la spiegazione preferita dalla maggior parte dei fisici, poiché consente di fare previsioni sull’universo e sugli oggetti al suo interno, cosa che la MOND non è ancora riuscita a fare. La sua spiegazione è anche supportata dall’esistenza dell’ammasso di proiettili, una collisione tra due ammassi di galassie che mostra una distribuzione di massa coerente con i modelli di materia oscura.
Questo insieme di osservazioni richiede ulteriori attenzioni e indagini. Forse gli aloni di materia oscura si estendono più lontano di quanto pensato, o la nostra comprensione della gravità è errata. Fortunatamente, potremmo presto ottenere un quadro più completo mentre la missione Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea mappa la struttura su larga scala dell’Universo.
Lo studio è pubblicato su Astrophysical Journal Letters.