Materia oscura: scoperto un alone attorno ad una galassia cannibale

Alcune galassie per sopravvivere nei primordi caotici dell’Universo, sono finite col cannibalizzarsi l’una con l’altra. Sono antichi fossili galattici che mostrano attimi degli albori del nostro Universo. Tra queste vi è Tucana II, un’antica galassia cannibale con un misterioso alone di materia oscura, secondo un nuovo studio.

Tucana II, un fossile galattico

Tucana II è uno dei fossili galattici che circonda la nostra Via Lattea. Si tratta di una galassia nana ultrafina molto primitiva e antica situata a 163.000 anni luce dalla Terra. La certezza della sua antica nascita deriva dal fatto che contiene stelle con un basso contenuto di metalli. Le stelle che si sono formate nei primi giorni dell’universo avevano meno metalli rispetto alle stelle che sono venute dopo di loro.

Come ha spiegato il coautore dello studio, Joshua Simon, astronomo presso la Carnegie Institution for Science di Washington, DC, “le stelle producono elementi nel corso della loro vita, che diffondono nel gas circostante quando esplodono come potenti supernovae. Queste materie prime vengono quindi incorporate in nuove stelle, rendendo ogni successiva generazione stellare più chimicamente complessa rispetto ai suoi predecessori. Di conseguenza, sappiamo che le stelle contenenti quantità molto piccole della maggior parte degli elementi sono incredibilmente vecchie“.

In questo studio, un team di astrofisici ha osservato Tucana II nel cielo meridionale, visibile dall’Australia, utilizzato il telescopio SkyMapper. Un telescopio terrestre che si trova appunto in Australia.

Grazie a queste osservazioni, i ricercatori hanno individuato stelle ai margini della galassia primitiva che sono molto distanti dal centro della galassia, ma ancora intrappolate dall’attrazione gravitazionale della galassia. Queste stelle sono state individuate grazie ad un algoritmo per individuare le stelle con il contenuto di metallo più basso, sviluppato dall’autore dello studio Anirudh Chiti, uno studente laureato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT).

L’immenso alone di materia oscura che tiene insieme Tucana II

La coautrice dello studio Anna Frebel, professoressa associata di fisica al MIT, ha dichiarato che “l’analisi di Ani mostra una connessione cinematica, che queste stelle lontane si muovono in sincronia con le stelle interne”. Questa connessione suggerisce che la galassia nana potrebbe avere un alone di materia oscura esteso, o un’area di materiale legata alla gravità della galassia, che essenzialmente si aggrappa a queste stelle e le tiene le une legate alle altre.

Come sappiamo, senza la struttura della materia oscura, le galassie cadrebbero a pezzi. Essa è essenzialmente il collante che le tiene insieme. In Tucana II, questo alone di materia oscura potrebbe dunque essere da tre a cinque volte più massiccio di quanto pensassero gli scienziati. Se così fosse si tratterebbe della prima prova che una galassia nana ultra debole abbia un alone tanto esteso.

Secondo Frebel, “questo probabilmente significa anche che le prime galassie si sono formate in aloni di materia oscura molto più grandi di quanto si pensasse. Abbiamo pensato che le prime galassie fossero le galassie più piccole e deboli. Ma in realtà potrebbero essere state parecchie volte più grandi di quanto pensassimo.”

Non solo materia oscura: la più antica galassia cannibale

Le stelle ai margini di Tucana II sono anche molto più primitive delle stelle situate vicino al centro della galassia. I ricercatori ritengono che questo significhi che la galassia potrebbe essere il sottoprodotto di una delle prime fusioni galattiche nell’universo tra due giovani galassie, e che una di esse era solo un po’ meno primitiva dell’altra.

Questa potrebbe dunque essere “prima firma del cannibalismo galattico. Una galassia potrebbe aver mangiato uno dei suoi vicini leggermente più piccoli e primitivi, che poi ha riversato tutte le sue stelle nella periferia”, ha spiegato Frebel.

Inoltre, grazie alle osservazioni di Tucana II con i telescopi Magellan in Cile, si è scoperto che le stelle alla periferia erano ancora più impoverite di metalli rispetto a quelle al centro della galassia. Come afferma Chiti, “questa è la prima volta che osserviamo qualcosa che assomiglia a una differenza chimica tra le stelle interne ed esterne in un’antica galassia”.

Questa scoperta di uno squilibrio nelle stelle della galassia suggerisce ulteriormente il cannibalismo, in cui una piccola galassia ha inghiottito una galassia vicina. Proprio come la Via Lattea un giorno inghiottirà la stessa Tucana II.

Ph. Credit: Skymapper Telescope / MIT