La materia oscura resta uno dei grandi enigmi della fisica moderna, e la cosa curiosa è che per provare a capirla bisogna forse guardare proprio dove non c’è. Sembra un paradosso, eppure è esattamente quello che sta facendo un gruppo di astronomi dell’Università di Yale, che ha appena annunciato la scoperta della terza galassia conosciuta priva di questa sostanza invisibile. Una stranezza che potrebbe aiutare a fare luce su qualcosa che, fino a oggi, nessuno è riuscito a osservare direttamente.
Partiamo dalle basi. La materia oscura si suppone che esista perché molti fenomeni astronomici non avrebbero senso senza di essa. Si stima che costituisca circa l’85 per cento di tutta la materia dell’universo. Le stelle nelle galassie, per esempio, ruotano a velocità talmente elevate che, se ci fosse solo la materia visibile, quelle galassie dovrebbero letteralmente sfaldarsi. Invece restano compatte, tenute insieme dalla gravità di una massa che non riusciamo a vedere. Eppure, attenzione, nessuna particella di materia oscura è mai stata catturata in laboratorio. Resta un’ipotesi, sì, ma un’ipotesi sostenuta da una montagna di prove indirette.
Una galassia dove la materia oscura non c’è
La protagonista di questo nuovo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, si chiama NGC 1052-DF9, o più semplicemente DF9. È una galassia nana situata vicino alla galassia ellittica NGC 1052, individuata grazie all’osservatorio W.M. Keck, sul Mauna Kea, alle Hawaii. La sua importanza sta nel fatto che appartiene a un allineamento davvero particolare di galassie, che già comprendeva due oggetti straordinari, DF2 e DF4, identificati anni fa come possibili galassie senza materia oscura. I primi due furono scoperti dall’astronomo Pieter van Dokkum e dalla sua squadra, rispettivamente nel 2018 e nel 2019.
Le osservazioni sono state effettuate con uno strumento chiamato Keck Cosmic Web Imager, o KCWI, che analizza la luce emessa a diverse lunghezze d’onda per misurare la velocità con cui si muovono le stelle dentro queste galassie. E qui arriva il punto. I ricercatori hanno calcolato la velocità delle stelle di DF9, perché da quella velocità si può risalire alla massa totale che esercita gravità nel sistema. La maggior parte delle galassie, compresa la nostra Via Lattea, è immersa in enormi concentrazioni di materia oscura chiamate aloni. Nelle galassie nane, questa componente dovrebbe essere addirittura più dominante. Ma non è quello che hanno trovato.
La dispersione di velocità misurata è stata di appena 6,5 chilometri al secondo, un valore compatibile con una galassia composta solo dalle sue stelle. Se DF9 avesse un alone tipico di materia oscura, quel valore dovrebbe aggirarsi sui 24 chilometri al secondo. Una differenza troppo grande per passare inosservata. La massa di DF9 è di circa 100 milioni di masse solari, perfettamente in linea con la sua materia visibile. Con una quantità normale di materia oscura, sarebbe stata circa 100 volte maggiore.
Una collana di galassie nate insieme
C’è poi la questione dell’allineamento, ed è qui che la storia si fa interessante. DF9 fa parte di una catena di una dozzina di galassie poco luminose che mostrano una relazione ordinata tra le loro posizioni e le loro velocità, segno che probabilmente hanno avuto un’origine comune. DF2 e DF4 erano già state riconosciute come parte di questa struttura, e l’assenza di materia oscura anche in DF9 rafforza l’idea che l’intero gruppo si sia formato attraverso un processo fuori dal comune.
Una delle ipotesi più affascinanti propone che queste galassie nane siano nate dopo una collisione ad altissima velocità tra galassie. In quello scenario il gas si sarebbe separato dalla materia oscura, dando poi origine a nuove galassie fatte quasi solo di materia ordinaria. Questo modello, chiamato bullet dwarf, prevedeva proprio che altre galassie dell’allineamento condividessero la stessa carenza vista in DF2 e DF4. E DF9 conferma la previsione.
Resta il fatto che, per ora, non esiste la tecnologia per estendere queste misurazioni al resto della struttura. DF9 si trova a 67 milioni di anni luce dalla Terra, e molte delle altre galassie sono fino a 100 volte più deboli, con movimenti interni così piccoli da renderle bersagli complicatissimi per i telescopi attuali. Più che mettere in dubbio l’esistenza della materia oscura, questi oggetti estremi potrebbero offrire indizi preziosi su come si distribuisce e come interagisce con la materia visibile. Come ha sottolineato Pieter van Dokkum, coautore della scoperta, questo risultato fornisce prove convincenti che la materia oscura si comporti come una sostanza fisica reale, e non come l’effetto di una teoria alternativa della gravità, soprattutto alla scala delle galassie nane, dove proprio quelle teorie sono al centro del dibattito.