Buchi neri massicci e galassie nane

Giovedì, 10 Novembre, 2016

I dintorni della Via Lattea sono popolati da molte piccole galassie, chiamate sferoidali nane, composte da circa un miliardo di stelle delle dimensioni del nostro Sole. Si pensa che queste galassie contengano grandi quantità di materia oscura, un misterioso tipo di materia che costituisce circa il 25% dell’Universo. Per questo le sferoidali nane costituiscono un punto di partenza ideale per studiare i processi che regolano la dinamica stellare e allo stesso tempo per testare diversi modelli cosmologici.

I ricercatori Manuel Arca Sedda e Roberto Capuzzo-Dolcetta, del Dipartimento di Fisica della Sapienza, hanno creato un modello di evoluzione di una di queste galassie durante il suo movimento intorno alla Via Lattea, seguendo anche il moto dei suoi ammassi stellari. Per raggiungere questo scopo hanno lavorato utilizzando simulazioni al computer con un livello di dettaglio mai raggiunto finora.
«Basti pensare – afferma ArcaSedda – che le nostre simulazioni sono costituite da oltre un milione di particelle, e sono state ottenute in 6 mesi, mentre solo 10 anni fa il tempo necessario a fare una simulazione del genere avrebbe richiesto un paio di vite umane».

Fondamentale, per questo tipo di studi, è il ruolo che gioca la materia oscura. In base alle conoscenze attuali, la densità di questa materia nelle galassie dovrebbe crescere molto rapidamente avvicinandosi al loro centro. «Però – come dice Capuzzo-Dolcetta – le galassie nane, che pure abbondano di materia oscura, mostrano al contrario una distribuzione di materia appiattita al centro. Inoltre, queste piccole galassie non ospitano, come le galassie più grandi e luminose, buchi neri super massicci al loro centro».
Lo studio della distribuzione delle stelle nelle parti centrali delle sferoidali nane, infatti, suggerisce che questa materia oscura si distribuisca in maniera meno concentrata nelle sferoidali nane; questo fenomeno è comunemente noto con il nome “core-cusp problem” e rappresenta uno dei misteri della moderna cosmologia; alcuni scienziati, al riguardo, suggeriscono che questa particolarità dipenda dall’esplosione di particolari stelle, le Supernovae, mentre altri affermano che sia interpretabile modificando la classica teoria della gravità.

I due studiosi della Sapienza hanno però scoperto che gli ammassi stellari più massicci possono alterare la distribuzione di materia nella parte interna di una galassia nana; durante la loro vita questi ammassi tendono a muoversi verso zone sempre più interne della galassia che li ospita, a causa delle interazioni con altre stelle che formano la galassia. La caduta degli ammassi verso il centro della galassia è favorita dalla presenza della materia oscura e, come risultato finale, porta a una distribuzione di materia più piatta e regolare all’interno della galassia, impedendo che essa si concentri nel nucleo, rendendo molto difficile la formazione di buchi neri massicci, in buon accordo con le osservazioni astronomiche.

I risultati ottenuti dai due ricercatori dimostrano, quindi, che esiste una relazione tra l’appiattimento della distribuzione della materia osservato nelle galassie sferoidali nane e l’assenza di buchi neri massicci. Tale relazione è dovuta al movimento degli ammassi stellari nelle loro galassie “madri”, un meccanismo che agisce in generale in tutte le galassie ma il cui ruolo cambia molto a seconda della grandezza delle galassie.

Lo studio è in pubblicazione sulla Rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.