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Materia scura auto-interagente?

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio spaziale Hubble e lo strumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) installato presso il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, un gruppo di astronomi guidati da Richard Massey del Durham University’s Institute for Computational Cosmology e membro del Durham’s Centre for Extragalactic Astronomy, ha studiato l’interazione simultanea di quattro galassie che sono presenti nelle regioni centrali dell’ammasso di galassie Abell 3827. I risultati, pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, suggeriscono che si tratterrebbe del primo, potenziale segnale associato alla presenza di materia scura che potrebbe interagire in maniera diversa rispetto all’interazione gravitazionale.
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Una grande quantità di materia scura in prossimità del Sole

La figura mostra la simulazione della Via Lattea ad alta risoluzione, realizzata al fine di studiare la distribuzione della massa.
Credit: Dr A. Hobbs

Un gruppo di astronomi delle Università di Zurigo, dell’Università di Leicester e del National Astronomical Observatories presso la Chinese Academy of Sciences di Pechino, hanno pubblicato i dati di una serie di osservazioni condotte nelle immediate vicinanze del Sole trovando una elevata distribuzione di materia scura. I risultati sono consistenti con l’ipotesi in base alla quale la Via Lattea è circondata da un massiccio alone di materia scura. Dobbiamo, però, sottolineare il fatto che il loro studio è il primo nel suo genere ad utilizzare un metodo che è stato verificato in maniera rigorosa su un insieme di dati ottenuti da simulazioni molto accurate. Ma il risultato più sorprendente è che i ricercatori avrebbero identificato una ‘nuova componente’ di materia scura presente nella nostra galassia.

Nonostante gli astronomi sono stati in grado di ricostruire mappe della distribuzione di materia scura nell’Universo, la sua presenza nelle immediate vicinanze del Sistema Solare è rimasta sempre enigmatica. Dopo decenni di osservazioni effettuate da Oort, misure più recenti hanno permesso di determinare una quantità di materia scura circa 3-6 volte maggiore di quanto ipotizzato mentre l’anno scorso altre misure hanno riportato, invece, una quantità inferiore rispetto a quanto ci si aspettava. Insomma, la comunità scientifica si è trovata in una situazione imbarazzante dato che si riteneva che queste discrepanze fossero dovute tipicamente alla sensibilità degli strumenti di misura e di analisi dei dati. Oggi, gli autori della recente ricerca sono molto più confidenti e meno incerti sull’attendibilità dei loro dati poichè essi si sono basati su tecniche più moderne che permettono di simulare la distribuzione di massa presente nella Via Lattea. Questo approccio ha portato ad una serie di sorprese, prima fra tutte quella che ha permesso ai ricercatori di scoprire che le tecniche utilizzate circa 20 anni fa tendevano a sottostimare la quantità di materia scura. Dunque, applicando le dovute correzioni e tenendo conto delle posizioni e delle velocità di migliaia di stelle nane bianche di tipo spettrale K, che sono distribuite nelle vicinanze del Sistema Solare, gli astronomi sono stati in grado di ottenere misure più accurate della densità locale di materia scura. “Siamo certi al 99% che esiste materia scura in prossimità del Sole”, dichiara Silvia Garbari. “Abbiamo trovato più materia scura di quanto ci aspettavamo e se i nostri dati saranno confermati la scoperta potrebbe avere delle implicazioni importanti perchè questo vorrebbe dire che o abbiamo davanti la prima evidenza di un ‘disco’ di materia scura nella Via Lattea o che l’alone di materia scura è stato in qualche modo ‘schiacciato’ causando un incremento di densità di materia scura”. Dunque, occorreranno misure sempre più accurate per determinare in maniera accurata la densità locale di materia scura. “Se la materia scura è composta di particelle elementari, allora miliardi di queste particelle stanno attraversando il Vostro corpo mentre leggete questo articolo”, spiega il professor George Lake. “I fisici sperimentali sperano di catturare almeno qualche particella negli esperimenti come XENON e CDMS che sono attualmente operativi”.Conoscere, quindi, le proprietà locali della materia scura rappresenta la chiave per capire di che cosa consistono queste eventuali particelle.

ArXiv: A new determination of the local dark matter density from the kinematics of K dwarfs

La nostra galassia è circondata da un alone di materia scura

Abbiamo da sempre saputo che la Via Lattea, la nostra galassia, ha la forma di un disco a spirale, ma in realtà dobbiamo dire che non è così se teniamo conto della distribuzione di materia scura, quella componente di materia non visibile e misteriosa che costituisce meno di un quarto di ciò che è fatto l’Universo e di cui gli astronomi ignorano ancora la sua vera natura. La notizia recente è che l’alone di materia scura che avvolge la Via Lattea, e che rappresenta quasi il 70% della massa galattica, ha la forma di un pallone da spiaggia schiacciato.

Anche se la materia scura è completamente invisibile, tuttavia sappiamo che essa è soggetta alle leggi della gravità e questo ci permette di verificare l’esistenza degli aloni di materia scura, e dunque la loro forma, tracciando le orbite delle galassie nane che orbitano attorno alla Via Lattea. Ora, per tracciare l’orbita di un oggetto occorre misurare la sua posizione in diversi punti. Sfortunatamente, le galassie nane impiegano almeno un miliardo di anni per compiere un orbita completa attorno alla Via Lattea. Per fortuna, però, gli astronomi non devono aspettare così tanto tempo. Infatti, le galassie nane sono fatte anch’esse da miliardi di stelle. Dunque, quando le forze di marea dovute ad una galassia gigante, come la nostra, agiscono su una galassia nana, il risultato è la formazione di una “scia di stelle” che seguono l’orbita della galassia nana. Un gruppo di ricercatori guidati da David Law, dell’Università della California a Los Angeles, è stato in grado di ricostruire l’orbita della galassia nana Sagittario. C’era però un problema perché dato che parti diverse della galassia nana seguivano orbite diverse ciò ha portato alla ricostruzione di un alone di materia scura caratterizzato da forme diverse. Infatti, utilizzando modelli tri-assiali per ricostruire appunto la forma dell’alone galattico, il risultato migliore che essi hanno ottenuto è una forma geometrica che ricorda un pallone da spiaggia con i lati leggermente schiacciati.

Law e collaboratori sperano di poter monitorare le orbite delle altre galassie nane per definire ancora meglio il loro modello e studiare dalla particolare forma dell’alone galattico come mai la nostra galassia ha assunto la sua attuale orientazione spaziale.