Spazio e Scienze

Dragonfly 44, la galassia fatta al 99,9% di Materia Oscura

Dragonfly 44 è una galassia composta quasi interamente da Materia Oscura. Uno studio pubblicato su the Astrophysical Journal Letters (ApJ) conferma che la percentuale di materia sotto forma di stelle è inferiore allo 0.1%

Il modello cosmologico che descrive l'evoluzione e la struttura dell'Universo prevede che gran parte della materia presente nel cosmo (circa il 90%) sia sotto forma di una componente "Oscura", molto diversa da quella di cui è composto tutto ciò che conosciamo.Dragonfly 44

Questa materia invisibile non emette radiazione elettromagnetica, né interagisce con la componente "ordinaria", ma si manifesta solo attraverso le interazioni gravitazionali, modificando il moto degli oggetti visibili. Dalla sua teorizzazione negli anni '70, introdotta per giustificare il modello di formazione delle strutture nell'Universo, nel tempo si sono susseguite diverse evidenze osservative di una "massa mancante" nelle galassie e negli ammassi di galassie, necessaria per mantenere in vita il sistema stesso. La sola massa fatta di stelle, così detta massa luminosa, non sarebbe infatti in grado di generare abbastanza attrazione gravitazionale da tenere saldo il sistema.

Analizzando poi il percorso della luce, deviata dal campo di gravità in prossimità di questi oggetti, si è stimata la presenza di una massa molto maggiore di quella che emette radiazione elettromagnetica.

Recentemente nell'Ammasso della Chioma (un enorme ammasso di galassie situato 350 milioni di anni luce dalla Terra) sono stati individuati alcuni oggetti molto interessanti. Grossi sferoidi con pochissime stelle e debolissima luminosità, definiti Ultra Diffuse Galaxy (UDG) o galassie-libellula, osservati grazie a uno strumento innovativo chiamato Dragonfly Telephoto Array, designato alla rilevazione di sorgenti estremamente deboli.

Tra le 47 finora osservate nell'ammasso, una in particolare è stata oggetto di una ricerca condotta da Pieter Van Dokkum della Yale University e dai suoi collaboratori, pubblicata questo mese su Astrophysical Journal Letters. Si tratta di Dragonfly 44, una galassia delle dimensioni della nostra Via Lattea, ma costituita per più del 99.9% di Materia Oscura.

Dragonfly 1080px Oct 2014
Il telescopio Dragonfly (credits P.:Van Dokkum; R. Abraham; J. Brodie)

Lo studio si basa sui dati raccolti dai telescopi KECK II e Gemini North, entrambi collocati sul monte Mauna Kea nelle Hawaii. Una prima analisi sfrutta lo spettrografo multi-oggetto DEIMOS (DEep Imaging Multi-Object Spectrograph) montato su Keck II per determinare, nell'arco di ben 33,5 ore di osservazione, la velocità delle stelle nella misteriosa galassia. Successivamente, grazie allo spettrometro GMOS (Gemini Multi-Object Spectrometer) sul telescopio Gemini, sono stati osservati gli ammassi globulari che orbitano attorno al nucleo di Dragonfly 44.

Le stelle si muovono in una galassia sotto l'azione del campo gravitazionale generato da tutta la massa presente al suo interno, indipendentemente dalla natura di quest'ultima. Analizzando dunque come si distribuiscono mediamente le velocità delle stelle di Dragonfly 44, Van Dokkum e collaboratori hanno stimato una massa totale di circa 1000 miliardi di volte il nostro Sole, un valore molto simile alla massa della nostra galassia. A rafforzare questo risultato contribuisce il numero di ammassi globulari "satelliti" dell'oscura libellula: più o meno una novantina, compatibile con quello che ci si attende per una galassia di queste dimensioni.

Le analisi cosmologiche indicano che in media nel nostro Universo la materia oscura sia 6 volte la materia ordinaria. Nel caso di Dragonfly 44 però questa sproporzione risulta davvero abnorme: contando le stelle presenti nella galassia, esse sono circa lo 0.01% della massa totale. Mettiamoci un po' di materia sparsa sotto forma di gas, rimaniamo comunque su percentuali basse, diciamo l'1-2%, lasciando alla materia oscura il predomino sul 98% della libellula.

Dragonfly44 gemini observatory
La galassia Dragonfly 44 fotografata con il Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) montato sul telescopio Gemini North. Credit: Pieter van Dokkum, Roberto Abraham, Gemini Observatory/AURA

Oggetti come le UDG  rappresentano delle risorse davvero straordinarie per  tentare di districare il mistero che avvolge la Materia Oscura. Come mai la formazione stellare è così esigua rispetto a tante altre galassie con simile massa? Quale meccanismo porta alla creazione di questi enormi blocchi di Materia Oscura? Gli scienziati stanno setacciando il cielo alla ricerca di "parenti" di Dragonfly 44 più vicini a noi; capire la loro natura e indagare la loro evoluzione sono obiettivi centrali da raggiungere, tracce che forse ci permetteranno di identificare e rivelare per la prima volta l'introvabile, elusiva particella di cui è fatto gran parte del nostro Universo.

Lorenzo Pizzuti è laureato in Fisica presso l'Università degli Studi di Perugia e diplomato in pianoforte presso il conservatorio Briccialdi di Terni, è attualmente iscritto al primo anno del dottorato di ricerca in Fisica presso l'Università di Trieste. Lavora in cosmologia all'Osservatorio Astronomico diTrieste (OATS-INAF) principalmente su modifiche della gravità. La sua ricerca prende in esame gli ammassi di galassie, per "leggere" attraverso l'analisi del moto delle galassie e della luce se la gravità si comporta come Einstein ha teorizzato oppure se qualcosa di diverso accade. Ha una prima pubblicazione sulla rivista scientifica JCAP. Oltre all'ambito accademico, è attivo nella divulgazione scientifica,  ha partecipato e vinto la selezione nazionale del concorso "FameLab" nel 2016 e si è classificato tra i primi 12 alla finale mondiale. Siamo felici di annunciarvi che collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.