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Red Hanuman
02-05-2015, 19:52
Anche le galassie ellittiche girano male
Un gruppo internazionale con diversi ricercatori italiani ha scoperto che le galassie ellittiche mantengono una velocità circolare notevolmente costante fino a grandi distanze dai loro centri, un'evidenza mal digeribile dai modelli attuali di materia oscura. Ce ne parla il primo autore Michele Cappellari dell'Università di Oxford
di Stefano Parisini


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Simulazione al computer di una galassia con evidenziata la materia oscura che la permea e la circonda, tenendola assieme e permettendo a stelle e pianeti di formarsi. Crediti: Springel et al., Virgo Consortium, Max-Planck-Institute for Astrophysics


Un team internazionale di astronomi, guidati dall’italiano Michele Cappellari dell’Università di Oxford in Inghilterra, ha utilizzato i dati raccolti dal grande telescopio Keck alle Hawaii per analizzare i movimenti delle stelle nelle parti esterne di un gran numero di galassie ellittiche, scoprendo somiglianze di comportamento gravitazionale sorprendenti tra galassie ellittiche e galassie a spirale. Questo risultato inaspettato – in via pubblicazione sulla rivista Astrophysical Journal Letters (http://iopscience.iop.org/2041-8205/804/1/L21) – implica che nelle galassie sono al lavoro delle forze nascoste, con degli effetti non spiegabili solo in termini di materia oscura. Come già si sapeva per le galassie spirali, anche per le galassie ellittiche sembra quasi come se materia oscura e materia ordinaria complottassero assieme per spartirsi il territorio galattico.


Una delle più importanti scoperte scientifiche del 20° secolo, risalente a una quarantina d’anni fa, è stata che le spettacolari galassie a spirale, come la nostra Via Lattea, ruotano molto più velocemente di quanto prevedibile. Ciò avviene sotto la spinta di una forza gravitazionale aggiuntiva, determinata da una materia di cui riusciamo a vedere gli effetti, ma in sé non osservabile, “oscura” appunto. Una mano invisibile che plasma le galassie, ma di cui non sappiamo quasi nulla. Il nuovo studio di Cappellari e colleghi aggiunge nuovi elementi, aprendo al contempo nuove domande verso la comprensione di questo sfuggente costituente.


«La sorprendente scoperta del nostro studio è che le galassie ellittiche mantengono una velocità circolare notevolmente costante fino a grandi distanze dai loro centri, nello stesso modo in cui è già noto che lo facciano le galassie a spirale», dice Cappellari. «Questo significa che, pur molto diversi tra loro, in entrambi i tipi di galassie le stelle e le materia oscura “cospirano” per redistribuirsi nella galassia e produrre questo effetto che osserviamo, dove le stelle hanno il dominio delle regioni più interne, mentre la materia oscura prende gradualmente il sopravvento verso la periferia».


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Velocità delle stelle nelle orbite circolari attorno a galassie a spirale ed ellittiche. Senza materia oscura (riga verde) la velocità dovrebbe decrescere con l’aumentare della distanza dal centro, con andamenti diversi per i due tipi di galassie. Invece, la materia oscura “cospira” e si distribuisce nei due casi in maniera da compensare le differenze nella distribuzione stellare, mantenendo le velocità costanti (riga gialla). Crediti: M. Cappellari and the Sloan Digital Sky Survey


Le galassie a spirale rappresentano meno della metà della massa stellare nell’Universo, più appannaggio di galassie ellittiche e lenticolari, le quali presentano una distribuzione delle stelle al proprio interno maggiormente sparsa, senza i dischi piatti di gas che contraddistinguono le spirali. Proprio a causa delle loro caratteristiche, prima di questo studio – compiuto grazie al potente spettrografo DEIMOS sul telescopio Keck – era stato tecnicamente molto difficile misurare la massa delle galassie ellittiche, per scoprire, attraverso le leggi sulla gravitazione di Newton, quanta materia oscura vi fosse celata al loro interno, e come questa fosse distribuita.


Se gli astrofisici gridano addirittura al complotto galattico è perché le giravolte delle stelle osservate sia nelle galassie a spirale che, ora, in quelle ellittiche non rispettano i canoni dei modelli di materia oscura più accreditati. «In termini tecnici», spiega Cappellari a Media INAF, «la somma di stelle e materia oscura produce curve di velocità circolare piatte, indipendentemente da quale sia la distribuzione delle stelle, che è molto diversa nelle spirali e nelle ellittiche».


«La maggior parte dei modelli pubblicati prima del nostro risultato», prosegue Cappellari, «prevedeva delle variazioni sistematiche nella curva di velocità circolare, variazioni che sono in conflitto con le nostre osservazioni. Ciò non significa che il modello generale sia sbagliato, ma solamente che la nostra comprensione di come le stelle interagiscono con la materia oscura è ancora limitata. Ora si può utilizzare il nuovo risultato per capire dove va modificato il modello».


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Esempio di mappatura e analisi delle velocità circolari delle stelle in una galassia ellittica: dati originali (sopra) e modello che combina l’influsso gravitazionale di materia oscura e luminosa (sotto), in buon accordo con le osservazioni. Crediti: M. Cappellari and the SLUGGS team


Il passo successivo, su cui sta lavorando lo stesso Cappellari assieme ai suoi colleghi, consiste nel costruire dei nuovi modelli numerici che descrivano l’evoluzione delle galassie con la materia oscura, riproducendo la costanza osservata della velocità circolare in tutti i tipi di galassie senza ricorrere agli “aggiustamenti” a cui i cosmologi sono costretti in mancanza di conoscenze più approfondite.


Un ultimo commento viene dedicato dai ricercatori alla considerazione che i risultati del loro studio forse non avvalorano, ma certamente non smentiscono le teorie alternative alla gravità newtoniana (MOND (http://www.media.inaf.it/2015/04/29/anche-le-galassie-ellittiche-girano-male/Dinamica%20Newtoniana%20Modificata), Dinamica Newtoniana Modificata) secondo cui il comportamento della materia visibile osservata nelle galassie non sarebbe dovuta alla materia oscura ma al fatto che la legge di Newton diventerebbe progressivamente meno accurata sulle grandi distanze. «La teoria MOND, che dopo più di trent’anni da quando è stata proposta non accenna a diminuire di popolarità, spiegherebbe in maniera naturale ciò che troviamo», ammette un po’ a denti stretti Cappellari concludendo.


Per saperne di più:


Il preprint (http://arxiv.org/abs/1504.00075) dello studio SMALL SCATTER AND NEARLY ISOTHERMAL MASS PROFILES TO FOUR HALF-LIGHT RADII FROM TWO-DIMENSIONAL STELLAR DYNAMICS OF EARLY-TYPE GALAXIES, di Michele Cappellari, Aaron J. Romanowsky, Jean P. Brodie, Duncan A. Forbes, Jay Strader, Caroline Foster, Sreeja S. Kartha, Nicola Pastorello, Vincenzo Pota, Lee R. Spitler, Christopher Usher e Jacob A. Arnold


Articolo originale QUI (http://www.media.inaf.it/2015/04/29/anche-le-galassie-ellittiche-girano-male/).

DarknessLight
02-05-2015, 21:08
Vorrei tanto sapere cosa ne pensa Enrico Corsaro dell ipotesi MOND.:thinking:

SANDRO
02-05-2015, 22:25
Per quello che ne sapevo io era cosa nota da tempo. Forse mi sbaglio, ma la consideravo normale...

Enrico Corsaro
03-05-2015, 13:10
Questo studio è più che interessante secondo me.
Io personalmente sono scettico nei confronti della materia oscura. Mi sono spesso chiesto infatti, se effettivamente costituirebbe il 25% del budget energetico totale, e dunque è presente in una quantità pari a 5 volte quella della materia barionica, perchè non dovrebbe essere costuituente integrante e combinata di ciò che "tocchiamo" e con cui abbiamo esperienza ogni giorno. Anche se non interagisce elettromagneticamente come ipotizzato dalle osservazioni, ciò non toglie che comunque potrebbe legare con i costituenti atomici barionici sotto azione delle altre forze fondamentali. Insomma possibile che la DM non sia anche in mezzo a noi, che non riusciamo a toccarla, e che tutto ciò con cui abbiamo a che fare sia solo ed escluviamente il 5% di un budget totale? Mi viene difficile digerlirlo, francamente...

Detto ciò, reputo che MOND sia veramente valida come teoria, perchè da una spiegazione secondo me più naturale, è di fatto più falsificabile, ed è anche secondo me più plausibile in quanto non abbiamo alcuna certezza sul fatto che la legge di gravitazione sia valida ad esponente radiale -2 su tutte le scale di distanza. Sappiamo che funziona molto bene localmente, applicata al sistema solare, ai sistemi stellari binari, tripli, ma già a livello galattico non lo sappiamo più. D'altronde, dalle stesse equazioni di campo di Einstein si possono ricavare soluzioni modificate a legge di potenza che riescono perfettamente a riprodurre fenomeni come l'espansione dell'Universo e la sua accelerazione senza l'utilizzo di termini come materia oscura ed energia oscura, ma semplicemente dal comportamento di un esponente del fattore di scala, che va a modificare il modo in cui la stessa geometria influisce sull'evoluzione dinamica.
Mi fa molto piacere che questo studio pubblicato supporti i risultati di MOND. Spero sinceramente che possano ottenere risultati ulteriori e approfondire questi studi, già di per se importanti.

DarknessLight
03-05-2015, 14:51
È la prima volta che sento parlare di questa interessante alternativa alla DM.
Ma cercando di capire cosa fosse questa MOND ho avuto la tua stessa impressione:



Detto ciò, reputo che MOND sia veramente valida come teoria, perchè da una spiegazione secondo me più naturale, è di fatto più falsificabile, ed è anche secondo me più plausibile in quanto non abbiamo alcuna certezza sul fatto che la legge di gravitazione sia valida ad esponente radiale -2 su tutte le scale di distanza. Sappiamo che funziona molto bene localmente, applicata al sistema solare, ai sistemi stellari binari, tripli, ma già a livello galattico non lo sappiamo più.

Anche a me (a intuito) sembra un ipotesi di gran lunga più probabile e naturale.
In effetti non sappiamo come possa risentire di errori la teoria di gravitazione se applicata su vasta scala... FORSE, finalmente un po di ordine nel cosmo...

Però (credo :confused:) che la MOND intacchi solo la DM e non la Dark energy...

Enrico Corsaro
03-05-2015, 16:37
Anche li non è chiaro. Dipende dalle scale di distanza. Nessuno ci assicura che la gravità non possa diventare repulsiva su scale di distanze enormi. C'e' anche da dire che l'effetto di espansione accelerata si può riprodurre anche dalla stessa geometria dello spazio tempo con soluzioni differenti da quella standard per le equazioni di campo di Einstein.

DarknessLight
03-05-2015, 20:14
Nessuno ci assicura che la gravità non possa diventare repulsiva su scale di distanze enormi

WOW...

Sai quando un profano si approccia alla fisica la vede come un perfetto apparato logico in grado di spiegare ogni singola minuzia della realtà...
Come sempre nella mente della gente comune impera un inconscio senso di positivismo scientifico e si tende a pensare che la nostra epoca sia l "ULTIMA" ovvero che dopo noi tutti i misteri dell universo saranno stati svelati...
Si tende alla semplificazione pensando che manchi un singolo esperimento atto a unificare gravità e MQ e poi sapremo definitivamente tutto...
MA NON È AFFATTO COSÌ!!!
Da come mi dici esistono infiniti ripensamenti,infinite ipotesi più o meno plausibili, infiniti tentativi di unificazione delle teorie... il modello standard è SOLO uno dei tanti...
Ma in realtà siamo ancora in alto mare nella completa comprensione dei fenomeni...
I posteri non ci vedranno come coloro che hanno scoperto la verità ultima, bensì ci vedranno come i pionieri di una nuova fisica basata sul rapporto tra l ultra piccolo e l ultra grande...
Ma ancora ne resta di strada da fare per poter parlare di "teoria del tutto"...

Gaetano M.
04-05-2015, 12:45
Questo studio è più che interessante secondo me.
Io personalmente sono scettico nei confronti della materia oscura. Mi sono spesso chiesto infatti, se effettivamente costituirebbe il 25% del budget energetico totale, e dunque è presente in una quantità pari a 5 volte quella della materia barionica, perchè non dovrebbe essere costuituente integrante e combinata di ciò che "tocchiamo" e con cui abbiamo esperienza ogni giorno. Anche se non interagisce elettromagneticamente come ipotizzato dalle osservazioni, ciò non toglie che comunque potrebbe legare con i costituenti atomici barionici sotto azione delle altre forze fondamentali. Insomma possibile che la DM non sia anche in mezzo a noi, che non riusciamo a toccarla, e che tutto ciò con cui abbiamo a che fare sia solo ed escluviamente il 5% di un budget totale? Mi viene difficile digerlirlo, francamente...

Enrico attenzione, è molto semplice essere scettici, da quì non dico che bisogna credere a tutto:biggrin:
Però far sembrare che la DM sia uscita dal cappello di un mago ce ne passa. La realtà emergente assolutamente non rispecchia quello che risulta dalla fisica delle particelle, non è solo la DM che non si vede ma la gran parte delle particelle che fino ad oggi sono state studiate. Quindi perchè, se esiste, la DM potrebbe benissimo essere fatta di particelle "esotiche" nel senso di non ancora trovate o se già trovate non ancora collegate. "Mond" forse è più adatta a spiegare la "Dark Energy" responsabile dell'espansione dell'universo.

Red Hanuman
04-05-2015, 14:18
Gaetano M., il problema è sempre lo stesso: abbiamo dei dati che non riusciamo a spiegare, e facciamo delle ipotesi su cosa possa spiegarli. La DM è uno di questi modi, ma non è l'unico (grazie a Dio).
La DM a me personalmente non convince, per una serie di incongruenze sul come viene ipotizzata.
Magari, c'è ma è qualcosa di molto diverso da come la si pensa.
Ma, fintanto che non ci sono prove in un senso o nell'altro, dobbiamo (o dovremmo) mantenerci imparziali ed equidistanti da tutte le ipotesi, in attesa di poterle verificare e falsificare.
Quello che personalmente mi dà fastidio è che venga tirata in ballo la sempre e solo DM per spiegare le anomalie, dando per certa la sua esistenza. Addirittura, la si invoca dovunque per spiegare tutti i fenomeni che non tornano. Sembra quasi un'atto di fede.... :wtf:
Mi fa pensare al famoso etere luminifero. Alla fine, si è rivelato un flop..... :biggrin:

Gaetano M.
04-05-2015, 16:11
Hai ragione Red, io, invece, vado a periodi:biggrin: Sto leggendo "Bussando alle porte del cielo" di Lisa Randall e allora divento più allineato alle teorie che vanno per la maggiore. Quando leggi che nel nucleo di un protone o di un neutrone oltre ai tre quark e ai gluoni che li tengono insieme ci sono una moltitudine di altre particelle che si formano e si annichilano una continuazione (cose che tu sai bene naturalmente!) e allora ti viene da pensare che il vuoto deve essere una cosa ben strana da potersi permettere anche la DM e DE. Anche perchè il peso del neutrone e del protone non è la somma dei quark, ne manca ancora.:biggrin:

Red Hanuman
04-05-2015, 17:34
Non solo. Lo stesso vale anche per l'intensità delle cariche. E per molto altro.... ;)

Enrico Corsaro
04-05-2015, 19:07
Perfettamente in linea con quanto avete detto e sono d'accordo con @Gaetano M. (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=32) che bisogna comunque capire che il modello standard, e di conseguenza la DM e la DE, non sono li certamente per caso ma sono frutto di molti anni di studi e tentativi.
Tuttavia il discorso non è così semplice in realtà, poichè nello studiare e testare nuovi modelli ci sono diversi aspetti da tenere in considerazione e che spesso purtroppo vengono anche ignorati, anche nella così competitiva e all'avanguardia cosmologia moderna.
La DM esce fuori dal modello standard come già detto, ma in modo indiretto, così come la DE. La MOND invece nasce per spiegare le curve rotazionali galattiche, ma non la DE. Potrebbe essere modificata ed estesa per spiegare la DE, ma potrebbe non essere necessario. Inoltre, pur essendo entrambe teorie falsificabili, la MOND purtroppo non va d'accordo con la RG, la quale non presuppone che la gravità venga modificata in base alla scala di distanze, ma che l'unico influsso sia dato dalla quantità di materia, e quindi è invece in linea con la DM.

Il punto fondamentale è che bisogna tenere la mente aperta a varie alternative ma al contempo affidarsi a metodi più rigorosi possibili per valutare l'attendibilità e la qualità dei modelli. Il motivo per cui la DM è più largamente diffusa e accettata come teoria è che il modello standard è quello che spiega in modo più comprensibile, alla mano diciamo, ciò che vediamo dalle osservazioni e spiega meglio di altri modelli il complesso delle evidenze osservative (CBR, BAO, DM, DE, SNe Ia). Questo perchè ci sono varie fonti osservative, ognuna con caratteristiche sue, ed un modello deve essere in grado di riprodurre ciascuna di esse certamente. Si chiama cross-match quello che viene eseguito quando si combinano i risultati forniti da dati di diversa tipologia, in modo da dare un vincolo globale ai parametri del modello cosmologico.

Ma le incongruenze che ci sono col modello standard non sono nè poche nè banali, e non devono essere trascurate. Non è neanche giusto come dire andare avanti con i paraocchi e precludersi la possibilità di tentare vie diverse. Per fortuna c'è chi lo fa e ben venga come dice @Red Hanuman (http://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9).
E quando escono fuori studi nuovi come questo, che sfruttano nuove strumentazioni oramai sempre più all'avanguardia, bisogna tenere gli occhi bene aperti e valutarle con attenzione.
Inoltre, cosa che purtroppo spesso non viene fatta, i modelli non sono pesati statisticamente fra loro, vale a dire in termini di complessità matematica e qualità a livello di riproduzione dei dati, cosa che ad esempio rientra nel mio campo di competenze in quanto utilizzatore della statistica di Bayes. Ignorare questo aspetto statistico mette in gioco un grosso grado di arbitrarietà nel decidere ciò che è meglio, più bello e più adatto rispetto ad altro a riprodurre le osservazioni, e questo per i fisici può essere un bel problema, perchè è nostro dovere essere più obiettivi possibile.

Tanto per dirvi che ci sono diversi modelli cosmologici che spiegano le osservazioni in modo molto (e sottolineo molto) più semplice e diretto del modello standard. Nessuno però li pesa statisticamente e si continua a ritenere il modello standard il migliore in assoluto. Io personalmente ho potuto vedere numeri alla mano che il modello standard non è affatto così buono anche statisticamente e la cosa mi preoccupa notevolmente. L'unica cosa che mi frena è che non sono un cosmologo e non è il mio campo di ricerca in definitiva, pur rimanendo il fatto che la metodologia statistica che conosco e che uso è perfettamente applicabile a qualsiasi campo. Chissà che un giorno non trovi il tempo e la serenità di dedicarmici ma nel frattempo spero che altri lo possano fare, perchè è fondamentale.

Insomma la morale è che rimane una cosiddetta open question, o domanda aperta, e che solo il tempo ci consentirà di avere delle risposte più concrete.