Perché le galassie discoidali sono di più rispetto alle previsioni?

La maggior parte delle galassie visibili dalla Terra assomigliano a un disco piatto ma, secondo il Modello Standard di Cosmologia, tali dischi dovrebbero invece formarsi piuttosto raramente. Perché c’è dunque questa discrepanza tra realtà e previsioni?

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a cura di Alessandro Crea

Il Modello Standard di Cosmologia descrive come l'universo è nato secondo il punto di vista della maggior parte dei fisici. I ricercatori dell'Università di Bonn hanno ora studiato l'evoluzione delle galassie all'interno di questo modello, trovando notevoli discrepanze con le osservazioni reali. Anche l'Università di St. Andrews in Scozia e la Charles University nella Repubblica Ceca sono state coinvolte nello studio. I risultati sono stati ora pubblicati sull'Astrophysical Journal.

La maggior parte delle galassie visibili dalla Terra assomigliano a un disco piatto con un centro ispessito. Sono quindi simili all'attrezzatura sportiva di un lanciatore di dischi. Secondo il Modello Standard di Cosmologia, tuttavia, tali dischi dovrebbero formarsi piuttosto raramente. Questo perché nel modello, ogni galassia è circondata da un alone di materia oscura. Questo alone è invisibile, ma esercita una forte attrazione gravitazionale sulle galassie vicine a causa della sua massa. "Ecco perché continuiamo a vedere le galassie fondersi tra loro nell'universo modello", ha spiegato il Prof. Dr. Pavel Kroupa dell'Istituto Helmholtz per le radiazioni e la fisica nucleare presso l'Università di Bonn.

Questo "incidente" ha due effetti, ha spiegato il fisico: "In primo luogo, le galassie penetrano nel processo, distruggendo la forma del disco. In secondo luogo, riduce il momento angolare della nuova galassia creata dalla fusione". In parole povere, questa fusione diminuisce notevolmente la sua velocità di rotazione. Il movimento rotatorio normalmente assicura che le forze centrifughe che agiscono durante questo processo causino la formazione di un nuovo disco. Tuttavia, se il momento angolare è troppo piccolo, non si formerà affatto un nuovo disco.

Nel presente studio, lo studente di dottorato di Kroupa, Moritz Haslbauer, ha guidato un gruppo di ricerca internazionale per studiare l'evoluzione dell'universo utilizzando le più recenti simulazioni di supercomputer. I calcoli si basano sul Modello Standard di Cosmologia; mostrano quali galassie avrebbero dovuto formarsi finora se questa teoria fosse corretta. I ricercatori hanno poi confrontato i loro risultati con quelli che attualmente sono probabilmente i dati osservativi più accurati dell'Universo reale visibile dalla Terra.

"Abbiamo incontrato una discrepanza significativa tra previsione e realtà", ha dichiarato Haslbauer: "Apparentemente ci sono molte più galassie a disco piatto di quanto possa essere spiegato dalla teoria". Tuttavia, la risoluzione delle simulazioni è limitata anche sui supercomputer di oggi. Può quindi darsi che il numero di galassie disco che si formerebbero nel Modello Standard di Cosmologia sia stato sottostimato. "Tuttavia, anche se teniamo conto di questo effetto, rimane una seria differenza tra teoria e osservazione che non può essere risolta", sottolinea Haslbauer.

La situazione è diversa per un'alternativa al Modello Standard, che fa a meno della materia oscura. Secondo la cosiddetta teoria MOND (l'acronimo sta per "MilgrOmiaN Dynamics"), le galassie non crescono fondendosi l'una con l'altra. Invece, sono formati da nubi di gas rotanti che diventano sempre più condensate. In un universo MOND, le galassie crescono anche assorbendo gas dall'ambiente circostante. Tuttavia, le fusioni di galassie adulte sono rare in MOND. "Il nostro gruppo di ricerca a Bonn e Praga ha sviluppato in modo unico i metodi per fare calcoli in questa teoria alternativa", afferma Kroupa, che è anche membro delle unità di ricerca transdisciplinare "Modellazione" e "Materia" presso l'Università di Bonn. "Le previsioni di MOND sono coerenti con ciò che vediamo realmente".

Tuttavia, gli esatti meccanismi di crescita delle galassie non sono ancora completamente compresi, anche con MOND. Inoltre, in MOND, le leggi di gravità di Newton non si applicano in determinate circostanze, ma devono essere sostituite da quelle corrette. Ciò avrebbe conseguenze di vasta portata per altre aree della fisica. "Tuttavia, la teoria MOND risolve tutti i problemi cosmologici extragalattici noti nonostante sia stata originariamente formulata per affrontare solo le galassie", afferma il dottor Indranil Banik, che è stato coinvolto in questa ricerca. "Il nostro studio dimostra che i giovani fisici oggi hanno ancora l'opportunità di dare contributi significativi alla fisica fondamentale", aggiunge Kroupa.