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Nelle simulazioni, le collisioni causano la perdita di materiale da parte di raggruppamenti stellari più piccoli. In un nuovo studio di Nature Astronomy, un team internazionale guidato da astrofisici dell'Università della California, Irvine e Pomona College riporta come, quando le galassie minuscole si scontrano con quelle più grandi, le galassie più grandi possono spogliare le galassie più piccole della loro materia oscura, materia che non possiamo vedere direttamente, ma che gli astrofisici pensano debba esistere perché, senza i suoi effetti gravitazionali, fino ad ora non potevano spiegare cose come i moti delle stelle di una galassia.
È un meccanismo che ha il potenziale per spiegare come le galassie potrebbero essere in grado di esistere senza materia oscura, qualcosa che una volta si pensava impossibile. È iniziato nel 2018 quando gli astrofisici Shany Danieli e Pieter van Dokkum dell'Università di Princeton e dell'Università di Yale hanno osservato due galassie che sembravano esistere senza la maggior parte della loro materia oscura. "Ci aspettavamo grandi frazioni di materia oscura", ha spiegato Danieli, che è co-autore dell'ultimo studio. "È stato abbastanza sorprendente."
La fortunata scoperta, che van Dokkum e Danieli hanno riportato in un articolo di Nature nel 2018 e in un articolo di Astrophysical Journal Letters nel 2020, ha gettato in subbuglio il paradigma galassie-bisogno di materia oscura, potenzialmente ribaltando ciò che gli astrofisici erano arrivati a vedere come un modello standard per come funzionano le galassie.
"È stato stabilito negli ultimi 40 anni che le galassie hanno materia oscura", ha spiegato Jorge Moreno, professore di astronomia al Pomona College, che è l'autore principale del nuovo articolo. "In particolare, le galassie di piccola massa tendono ad avere frazioni di materia oscura significativamente più elevate, rendendo la scoperta di Danieli piuttosto sorprendente. Per molti di noi, questo significava che la nostra attuale comprensione di come la materia oscura aiuta le galassie a crescere aveva bisogno di una revisione urgente".
Il team ha eseguito modelli al computer che simulavano l'evoluzione di un pezzo dell'universo, uno di circa 60 milioni di anni luce di diametro, a partire da subito dopo il Big Bang e fino al presente. Il team ha trovato sette galassie prive di materia oscura. Dopo diverse collisioni con galassie vicine 1.000 volte più massicce, sono state spogliate della maggior parte del loro materiale, lasciando dietro di sé nient'altro che stelle e qualche residuo di materia oscura.
"Era pura serendipità", ha dichiarato Moreno. "Nel momento in cui ho realizzato le prime immagini, le ho condivise subito con Danieli, e l'ho invitata a collaborare". Robert Feldmann, professore all'Università di Zurigo che ha progettato la nuova simulazione, ha affermato che "questo lavoro teorico mostra che le galassie carenti di materia oscura dovrebbero essere molto comuni, specialmente in prossimità di galassie massicce".
Confermare che le galassie prive di materia oscura possono essere spiegate in un universo in cui c'è molta materia oscura è un sospiro di sollievo per ricercatori come Bullock, esperto di fama mondiale di galassie di piccola massa che ha partecipato alla ricerca, la cui carriera e tutto ciò che ha scoperto in essa dipende dalla materia oscura che è la cosa che fa sì che le galassie si comportino nel modo in cui si comportano.
"L'osservazione che ci sono galassie prive di materia oscura è stata un po' preoccupante per me", ha dichiarato Bullock. "Abbiamo un modello di successo, sviluppato in decenni di duro lavoro, in cui la maggior parte della materia nel cosmo è oscura. C'è sempre la possibilità che la natura ci abbia ingannato". Ma, ha spiegato Moreno, "non devi sbarazzarti del paradigma standard della materia oscura".
"Ciò non significa ancora che questo modello sia giusto", ha dichiarato Bullock. "Un vero test sarà vedere se queste cose esistono con la frequenza e le caratteristiche generali che corrispondono alle nostre previsioni". Come parte di questo nuovo lavoro, Moreno, che ha radici indigene, ha ricevuto il permesso dai leader Cherokee di nominare le sette galassie prive di materia oscura trovate nelle loro simulazioni in onore dei sette clan Cherokee: Uccello, Blu, Cervo, Capelli lunghi, Vernice, Patata selvatica e Lupo.
"Sento una connessione personale con queste galassie", ha dichiarato Moreno, che ha aggiunto che, proprio come le galassie più massicce hanno derubato le galassie più piccole della loro materia oscura, "molte persone di origine indigena sono state spogliate della loro cultura. Ma il nostro nucleo rimane, e siamo ancora fiorenti".