Coelum Astronomia 210 - 2017 - Page 91

Gli aloni di Materia Oscura

A sinistra. Una simulazione dell’immenso alone di materia oscura (di colore azzurro e blu) che circonda una galassia, come la nostra Via Lattea (la spirale visibile al centro). Crediti: Crediti: ESO/L. Calçada.

Quello che noi riusciamo a osservare oggi è la “materia ordinaria” (o barionica), ossia quella che si presenta in forma di stelle brillanti, gas incandescente e nubi di polvere. Al contrario invece, la materia oscura non emette, assorbe o riflette la luce, risultando quindi molto elusiva. È possibile dedurne l’esistenza solo per mezzo dei suoi effetti gravitazionali. La presenza di materia oscura può infatti spiegare perché le zone esterne delle galassie a spirale ruotano più velocemente di quanto ci si aspetterebbe, considerando solo la materia ordinaria che possiamo vedere direttamente. I nuclei delle galassie a spirale, infatti, mostrano un’alta concentrazione di stelle, ma la densità di materia luminosa diminuisce verso la periferia. Se la massa di una galassia fosse costituita solamente di materia ordinaria, le zone esterne meno dense dovrebbero ruotare più lentamente delle regioni più dense al centro. Ma le osservazioni di galassie a spirale vicine mostrano invece che le zone interne ed esterne, di fatto, ruotano più o meno alla stessa velocità. Queste "curve di rotazione piatte" indicano che le galassie a spirale devono contenere grandi quantità di materia non luminosa disposta in un “alone” di materia oscura che circonda il disco galattico.

[A. Raccanelli, E. D. Kovetz, S. Bird, I. Cholis, and J. B. Muñoz, Phys. Rev. D94, 023516 (2016), arXiv:1605.01405], e descrive come sarà possibile mettere alla prova (o falsificare come si usa dire) il nostro modello mettendo insieme le future rilevazioni di onde gravitazionali con mappe di galassie ottenute dai radiotelescopi di nuova generazione.

Una delle conseguenze derivanti dal nostro studio infatti richiede che, secondo il nostro modello, la fusione di due buchi neri primordiali avvenga, per la quasi totalità, in aloni di materia oscura molto “leggeri”. Un alone contenente galassie “standard” come può essere la nostra Via Lattea “pesa” circa 1011 masse solari, ma nell’Universo ci sono sia aloni molto più piccoli, sia molto più grandi (fino a 1014 e anche 1015 masse solari!).

Nel nostro modello due buchi neri primordiali si devono poter avvicinare fino a che la forza di gravità li leghi in un sistema binario e poi pian piano li porti alla fusione, emettendo infine l’onda gravitazionale che verrà rilevata da strumenti come LIGO.

In aloni grandi, la velocità media dei corpi celesti è troppo alta, mentre in aloni piccoli la velocità è molto minore. È quindi più facile che in questi ultimi la forza di gravità riesca a legare due corpi

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