Le galassie nane sono il “laboratorio” ideale per indagare la materia oscura

La galassia nana NGC 5949, a 44 milioni di anni luce dalla Terra (Immagine: ESA/Hubble & NASA)

Lo studio delle galassie nane, e in particolare della cinematica delle loro stelle, può aiutarci a capire la distribuzione della materia oscura al loro interno. È il tema affrontato da un articolo di review pubblicato su Nature Astronomy a firma di Giuseppina Battaglia, ricercatrice all’Instituto de Astrofisica de Canarias e dell'Universidad de La Laguna (Spagna), e Carlo Nipoti, professore al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" dell'Università di Bologna.

Lo studio della dinamica delle galassie ha portato a ipotizzare, ormai da diversi decenni, che la massa di questi oggetti celesti sia composta solo in piccola parte da materia luminosa (cioè materia costituita da particelle “ordinarie” come protoni, neutroni ed elettroni), mentre la maggior parte della massa sarebbe materia oscura: materia di natura ignota che non emette né assorbe radiazione elettromagnetica.

“Questa caratteristica è particolarmente accentuata nelle galassie nane, che sono almeno cento volte meno massicce della nostra Via Lattea. Qui, infatti, la quantità di materia oscura può essere da decine a migliaia di volte maggiore della materia luminosa: un elemento che rende questi sistemi molto interessanti ai fini di svelare la natura di questa componente misteriosa,” spiega Nipoti.

Il nuovo studio riguarda in particolare l'analisi della cinematica delle stelle nelle galassie nane del Gruppo Locale (il gruppo di galassie di cui fa parte anche la nostra via Lattea) e l’uso delle misure cinematiche per determinare la distribuzione di materia oscura al loro interno. “Alcune di queste galassie, data la relativa vicinanza a noi, sono tra gli oggetti migliori per cercare di fare misure di rivelazione indiretta della materia oscura”, aggiunge Nipoti.

“La determinazione delle proprietà degli aloni di materia oscura delle galassie nane è importante non solo per studiare la natura della materia oscura, ma anche per la nostra comprensione della formazione ed evoluzione delle galassie”, commenta Battaglia. “Si ritiene infatti che la maggior parte delle galassie nell’Universo siano galassie nane. Ma non solo: secondo il modello cosmologico standard, le galassie più piccole sono le prime a formarsi e quelle più grandi si formano dalla fusione di diverse galassie più piccole e accrescimento di materia”.

In altre parole, la formazione delle strutture cosmiche avviene “dal basso”: le galassie nane sarebbero i “mattoncini” con cui si costruiscono tutte le strutture cosmiche.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy con il titolo “Stellar dynamics and dark matter in Local Group dwarf galaxies”. Gli autori sono Giuseppina Battaglia (Instituto de Astrofisica de Canarias e Universidad de La Laguna) e Carlo Nipoti (Alma Mater Studiorum – Università di Bologna). L’articolo è strettamente legato a una precedente pubblicazione, sempre su Nature Astronomy, intitolata “Gas dynamics in dwarf galaxies as testbeds for dark matter and galaxy evolution”, a firma di Federico Lelli, ricercatore all’Istituto Nazionale di Astrofisica - Osservatorio Astrofisico di Arcetri. L’articolo di Lelli si focalizza su galassie nane ricche di gas, più distanti rispetto a quelle attorno alla Via Lattea, ma molto numerose, che permettono quindi di studiare relazioni statistiche tra la materia oscura e luminosa, rivelando una stretta e inaspettata relazione tra queste due componenti. Tutti e tre gli autori sono stati studenti dell’Università di Bologna.