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Dal merging degli ammassi di galassie gli indizi di una ‘quinta forza’

Musket Ball Cluster. Credit: William Dawson

Gli ammassi di galassie che si trovano in una fase di interazione (merging) potrebbero fornirci nuovi indizi di una misteriosa ‘quinta forza’ che agirebbe solamente sulla materia scura, quella misteriosa componente invisibile che forma l’86% della materia presente nell’Universo.

Secondo le nostre attuali conoscenze, la materia scura non interagisce con la materia ordinaria se non attraverso la gravità. Nonostante ciò, alcune recenti osservazioni suggeriscono che la materia scura interagisce in maniera significativa con sè stessa senza badare, per così dire, alla materia visibile. Ciò implicherebbe l’esistenza di una intera classe di ‘particelle scure’ che non interagiscono con la materia barionica bensì con loro stesse. In altre parole, le particelle che costituiscono la materia scura potrebbero comportarsi in maniera così diversa che non potremmo mai saperlo. Una delle evidenze migliori e più spettacolari sull’esistenza della materia scura deriva dall’ormai famoso Bullet Cluster formatosi circa 100 milioni di anni fa in seguito all’interazione gravitazionale tra un ammasso di galassie più piccolo e un ammasso di galassie più grande. Il fatto sorprendente è che in seguito allo ‘scontro’ tra i due ammassi è stato osservato che la materia scura è rimasta, per così dire, ‘illesa’ rispetto alle interazioni subite dalle singole galassie e dal gas presente in ciascuno dei due ammassi. Ciò dimostra che la materia scura può separarsi effettivamente dalla materia ordinaria anche se in questo caso essa non ha interagito con sé stessa essendo stata influenzata solo dagli effetti gravitazionali. Ma lo scorso anno, William Dawson dell’Università della California Davis assieme ai suoi collaboratori hanno scoperto un vecchio insieme di ammassi di galassie che si trovano in una fase evolutiva circa 700 milioni di anni dopo l’interazione. Denominato Musket Ball, questo ammasso di galassie interagenti ci racconta una storia diversa. Una volta eseguite le analisi della densità di materia presente nell’ammasso, gli scienziati hanno trovato che le galassie sono separate dalla materia scura di circa 19.000 anni-luce. Questo significa che le galassie si sono separate dalla materia scura, una prova del fatto che essa sta interagendo con sé stessa. Dunque, se le particelle che la compongono interagiscono, forse attraverso una sorta di ‘forza scura’, esse dovrebbero rallentare così come avviene per il gas. Questi risultati potrebbero risolvere uno dei misteri più grandi della moderna cosmologia. In altre parole, materia scura che non interagisce con sé stessa dovrebbe accumularsi nei nuclei degli ammassi stellari e delle galassie nane ma le osservazioni indicano che è maggiormente distribuita nello spazio. Se, invece, essa interagisce con sé stessa allora dovrebbe sbucare fuori, per così dire, ed essere spazzata verso lo spazio esterno come un gas. La domanda è: come mai il Bullet Cluster non mostra la stessa separazione tra la materia scura e le galassie? Dawson ritiene che si tratti semplicemente di una questione legata all’età dell’ammasso che essendo più giovane non ha avuto il tempo necessario per permettere alla materia scura e alle galassie di separarsi. Questa idea è in parte complementare agli studi precedenti che hanno messo in evidenza la presenza di materia scura nel Bullet Cluster. Nel 2007, Glennys Farrar della New York University e collaboratori affermarono che l’ammasso più piccolo si muove troppo velocemente se la causa fosse solamente dovuta alla forza di gravità come unica componente, perciò essi suggerirono la presenza di qualche forza misteriosa legata alla materia scura. Per capire di cosa si tratti certamente lo studio di due ammassi di galassie non è sufficiente. Dawson e colleghi stanno oggi studiando una ventina di ammassi di galassie interagenti in modo da verificare se esistono delle peculiarità. Se esiste una ‘nuova forza’, dovremmo vedere i suoi effetti in azione sugli oggetti che sono influenzati dalla materia scura, come i buchi neri o le prime stelle supermassicce. Insomma, pare che l’ipotesi della materia scura ‘auto-interagente’ sia proprio da perseguire dato che siamo ancora molto ignoranti sulla sua vera origine e natura e perciò ogni nuova idea è la benvenuta.

arXiv: Discovery of a Dissociative Galaxy Cluster Merger with Large Physical Separation

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ammassi di galassie | buchi neri | materia scura | merging

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