La materia oscura non può far tutto

Una recente ricerca svolta dal Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics, l’Osservatorio di Monaco e l’Univeristà del Texas a Austin, ha dimostrato che non vi è correlazione tra l’alone di materia oscura che circonda le galassie e il loro buco nero centrale.

Siamo quasi sicuri che la materia oscura esista realmente. Tuttavia, spesso, le si attribuiscono tutte le possibilità e le capacità. Sembra quasi come il prezzemolo. Tra le tante, una recente teoria sosteneva che le dimensioni dell’alone di materia oscura che solitamente sembra circondare le galassie potesse anche regolare la crescita dei buchi neri centrali. Questa ipotesi si fondava sul fatto che le galassie più grandi e con più materia oscura possedessero anche i buchi neri più massicci.

Vale la pena affrontare il problema con chiarezza e con dovizia di particolari. Servirà anche per avere un’idea generale di quelli che sembrano essere i motori principali dell’Universo.

Sappiamo benissimo che le galassie come la Via Lattea, contengono miliardi di stelle e una grande quantità di gas e polvere. Tutto ciò è visibile con i nostri strumenti, anche se si devono usare differenti lunghezze d’onda per rivelare i vari oggetti. Per gli oggetti freddi vanno bene le onde radio e gli infrarossi, mentre i raggi X sono l’ideale per gli oggetti più caldi. Tuttavia, restano due componenti che non emettono alcun tipo di luce e che possono essere localizzate soltanto per la loro forza gravitazionale: la materia oscura e i buchi neri.

Tutte le galassie sembrano essere immerse in aloni di materia oscura, che si estendono ben oltre la parte visibile delle strutture e che sembrano dominare la loro massa totale. Questa specie di nube non si riesce a osservare direttamente, ma è percepita attraverso gli effetti causati sul moto di stelle, gas e polvere, nonché attraverso le perturbazioni gravitazionali tra le stesse galassie. La natura di questa materia non è ancora conosciuta, ma si pensa che sia composta di particelle esotiche, ben diverse da quelle, dette “barioniche”, che formano l’Universo osservabile, il Sole, la Terra e noi stessi.

La seconda componente invisibile di una galassia sono i buchi neri super massicci che si annidano al loro centro. La nostra Via Lattea contiene un oggetto con una massa quattro milioni di volte quella del Sole. Questi mostri, a volte anche enormemente più massicci, sono stati trovati al centro di galassie con un chiaro rigonfiamento (bulge) centrale. Probabilmente tutte le galassie di questo tipo ospitano un buco nero. Tuttavia, nuovamente, essi non possono essere osservati direttamente, ma solo attraverso il moto delle stelle attorno a loro.

Nel 2002 si ipotizzò che poteva esistere una stretta correlazione tra la massa del buco nero centrale e la velocità di rotazione del disco esterno che a sua volta sembrava essere controllata dall’alone di materia oscura. In altre parole, si pensava che la fisica sconosciuta di questa materia potesse dominare la crescita del mostro al centro della galassia. D’altra parte, però, qualche anno prima, si era notata una correlazione tra la massa del buco nero e la luminosità o massa del bulge. Dato che le galassie con grande rigonfiamento centrale sono anche le più estese e dato che le più estese hanno anche un maggiore alone di materia oscura, sorgeva un serio un dubbio: quale delle due cause (grande alone o grande bulge) era quella più importante per la crescita del buco nero?

Ecco allora la ricerca cui si fa riferimento in questo articolo. Le sempre migliori osservazioni possibili su un numero crescente di galassie hanno permesso di avere una “data base” sufficientemente grande per uno studio accurato della loro dinamica. All’uopo, sono state inserite nella lista galassie con o senza bulge, nonché tutta una serie di casi intermedi. La conclusione è stata netta: non esiste alcuna correlazione tra materia oscura -o ciò che si stima essere l’alone di materia oscura- e i buchi neri.

Studiando galassie immerse in massicci aloni oscuri con alta velocità di rotazione, ma senza bulge significativi, i ricercatori hanno trovato che queste contenevano al limite piccoli buchi neri. In realtà, sembra abbastanza difficile pensare che una massa non barionica distribuita su una grande estensione di spazio possa, influenzare la crescita di un qualcosa di volume piccolissimo posto al centro dell’intera struttura. Sembra molto più plausibile che i buchi neri crescano sfruttando il gas a loro vicino, soprattutto nelle fasi formative delle galassie.

D’altra parte si sa anche che le galassie si scontrano e si uniscono frequentemente e forniscono gas aggiuntivo in caduta verso il centro dove i buchi neri possono ingoiarlo. Per questa volta la tanto chiacchierata materia oscura ha dovuto cedere la vittoria a qualcosa di meno esotico e di più “tangibile”. Sarà per un’altra volta…

La galassia Sombrero (M104)

La galassia Sombrero (M104) è uno splendido esempio di struttura con enorme “bulge” centrale. Il suo buco nero ha una massa pari a quella di un miliardo di stelle come il Sole. (Fonte: HST, STScI)

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13 Commenti

  1. Eh, sono finiti i tempi del in cui la materia oscura era la panacea dell’ignoranza…
    Lo so, sembra una frase un po’ dura, ma c’è stato un lungo periodo in cui la materia oscura era invocata per ogni cosa che non fosse chiara all’interno dell’universo (s)conosciuto. Non che ciò sia per forza sbagliato, ma sembra quasi che la comunità scientifica internazionale ogni tanto faccia fatica a dire: “ci spiace, ma qui non abbiamo proprio idea di cosa ci sia”. Nell’osservazione dell’universo, da un punto di vista strettamente astronomico, mi sembra che questo capiti piuttosto spesso, e piuttosto spesso mi domando: ma come fanno a dire ( definire ) una cosa del genere senza sapere nulla?
    Secondo me la premessa di ogni affermazione secondo la quale nell’universo accade o è accaduto questo ( e l’elevato numero di condizionali dell’articolo qui sopra va in questo senso ) dovrebbe essere: “noi non abbiamo la minima idea di quello che capita nell’universo che ci circonda. Le probabilità ce vi si annidano tendono fastidiosamente all’infinito. Però abbiamo svolto queste osservazioni e, più che per sport che per altro, ci piace pensare, allo stato delle (non)conoscenze attuali, che le cose siano andate così”.
    Ecco, prima di ogni articolo e di ogni pubblicazione scientifica in materia di Astronomia – beh, insomma, prima di una buona parte di queste – ci vorrebbe un acronimo del genere NSMCP : Non lo Sappiamo, Ma Ci Proviamo.
    😉

  2. caro andrea,
    non essere troppo duro… La materia oscura sicuramente esiste, ma ancora la si conosce troppo poco ed è difficile osservarla. Può quindi capitare che le si attribuiscano poteri che non ha … Tuttavia, anch’io penso che un po’ di ragione tu ce l’abbia… 😉

  3. caro Enzo, ho una piccola curiosità…
    Quando un astronomo decide di studiare il moto di una stella posta
    nella periferia di una galassia, ne estrapola i dati utilizzando la legge di keplero rispetto al buco nero supermassiccio nella parte centrale? Oppure si hanno dei metodi che considerino sia la stella da studiare, sia il nucleo della galassia, sia la massa visibile di tutta la galassia in questione?
    Immagino che sicuramente la risposta corretta sia la seconda, ma, ecco, come considerare tutte le perturbazioni di miliardi di altre stelle?
    Possibile poi, che questa Materia oscura interagisca soltanto a scale cosmiche tanto grandi, e non sia mai stata rilevata per oggetti più a “portata d’uomo”?
    Saluti :mrgreen:

  4. caro Vito,
    il moto delle stelle riflette principalmente la rotazione della galassia. Esse ruotano tutte attorno al centro (sia che contenga o no un buco nero). Poi esiste un movimento “locale” dovuto alla loro stessa origine. Tuttavia, a volte, sembra che esse siano in qualche modo perturbate da qualcosa di esterno e s’ipotizza una massa oscura. Comunque, sia le perturbazioni tra stella e stella sono risibili e secondarie. la massa oscura riempie gli spazi immensi tra galassia e galassia e non si è mai notata all’interno di esse. A maggior ragione, il nostro sistema solare è troppo piccolo per potercene dare un esempio.

  5. Caro Enzo è chiaro che andiamo un poco per tentativi e vi sono sempre nuove scoperte che lanciano nuove sfide.
    Quando parliamo di materia oscura teniamo conto anche dell’energia oscura?
    Il ruolo, a mio parere non chiaro, della gravità nell’insieme delle forze conosciute potrebbe darci sorprese? E poi ci sono i buchi neri dei quali, sempre a mio profano parere, ci immaginiamo tutto ma non sappiamo nulla e ci riserveranno grandi sorprese.

  6. caro Mario,
    dici bene e certamente materia e energia oscura (ma poi sono in fondo la stessa cosa) devono essere qualcosa che possiamo identificare con tante cose che ancora non sappiamo. Sui buchi neri molte cose sono state datte, ma la difficoltà di studiarli direttamente apre problemi veramente grandi…

  7. @enzo, la materia e l’energia oscura sono una grande componente dell’universo osservabile (se non ricordo male, avevo letto che: la materia visibile occupa solo il 3% della materia complessiva dell’universo, il 27% spetta alla materia oscura e 70% all’energia oscura). come si potrebbe avere la certezza della loro esistenza? tenendo fuori argomento i loro effetti… ❓ ❓

  8. caro Ahmed,
    queste sono alcune stime che si danno. Tuttavia esse non sono osservabili direttamente e vengono messe in luce per gli effetti che “potrebbero” avere sulla materia visibile. Ad esempio, si dice che la materia oscura causerebbe le perturbazioni che si vedono negli ammassi galattici sui moti delle singole galassie. L’energia oscura servirebbe a spiegare le caratteristiche dell’espansione dell’universo. Tuttavia, le prove dirette non sono da tutti accettate, anche se vi è un accordo generale sull’esistenza di qualcosa ancora da spiegare per la comprensione dell’universo a larga scala. So che sta per uscire un lavoro sulla materia oscura, vado a leggerlo e poi cerco di riassumere i risultati… Bel problema… 😕

  9. Si potrebbe dire che la materia oscura è un’oscura materia…. :mrgreen:

    In ogni caso, di questa materia non capisco una cosa: anche ammesso che interagisca con la materia ordinaria tramite la sola gravità, non dovrebbe finire anch’essa nei pozzi gravitazionali costruiti dalla materia ordinaria (o viceversa, non dovrebbe essa stessa formare i pozzi gravitazionali in cui la materia ordinaria si va ad aggregare in seguito)?
    Per fare un’esempio: nel sistema solare, non dovrebbe la materia oscura essere finita per la maggior parte all’interno del nostro Sole?
    L’idea che ci si fa nelle discussioni in merito è che la materia oscura graviti in maniera disaggregata e non coincidente con la materia ordinaria.
    Ma c’è una spiegazione teorica a questo comportamento?
    A me lascia l’impressione che sia un’artificio per escludere possibili riformulazioni della teoria della gravità…..
    (p.s.: Spero di non aver scritto castronerie…. 😀 )

  10. caro Red,
    il problema è abbastanza controverso. In fondo, la materia oscura serve per non buttare al vento il modello standard. Tuttavia, dici bene tu quando non capisci come mai interagisca solo in parte con la materia barionica. Perturba, ma non si aggrega o al limite si aggrega in maniera non comprensibile. E’ proprio un’oscura materia… 😯

  11. @Red Hanuman e per TUTTI

    la domanda precedente di Red è molto più interessante di quanto si potrebbe pensare a prima vista e quindi ho voluto fare una ricerca più approfondita. Un risultato che ho trovato è piuttosto indicativo. Sappiamo che la materia oscura non si può osservare direttamente, ma anche che ormai viene considerata reale attraverso molte misurazioni indirette legate alla sua gravità.
    Giustamente, Red ha chiesto: “Ma, allora, come mai non disturba visibilmente lo spazio a noi vicino, come, ad esempio, lo stesso Sistema Solare?”. La risposta può venire da uno studio del 2010 (http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1011/1011.1289v1.pdf), dove si conclude che non è stata riscontrata massa oscura all’interno della nostra galassia, almeno fino alla posizione del Sole. Questo fatto solleva parecchi dubbi e domande sul perché essa dovrebbe essere localizzata al di fuori delle galassie, mentre si sa che in tempi lontani avrebbe dovuto invece avere un ruolo fondamentale per sveltire i processi di formazione stellare. La Scienza, in fondo, è così: vive di domande e di dubbi. Dice bene Red: prima di chiamarla materia oscura, forse vale la pena continuare a chiamarla oscura materia… 😉

  12. Caro Enzo,
    ti ringrazio veramente per aver dedicato così tante energie alla mia domanda.

    In effetti, la materia oscura è proprio un mistero. Sono quasi ottant’anni che si hanno evidenze della sua presenza, ma nessuno riesce effettivamente a trovarla o a darne una spiegazione convincente.
    L’articolo che hai postato mi ha lasciato di stucco: se c’è, la materia oscura nella nostra porzione di galassia è molto meno di quella che ci si aspetta.

    Sembra l’araba fenice: “Che ci sia, ognun lo dice; dove sia nessun lo sa!”….

    Vorrei lanciarmi in ipotesi alternative, ma è meglio non essere presuntuoso.
    Sta di fatto che, più il tempo passa, e più gli effetti della materia oscura mi danno l’impressione di non essere essere la manifestazione di un strano tipo di materia, ma di una oscura proprietà dello spazio ……