Galaxiile fără materie întunecată: cum este posibil? Illustris. 

În Univers au fost descoperite câteva galaxii pitice care nu conțin materie întunecată; acest fapt este destul de misterios și un grup de astronomi a găsit o explicație prin simulări pe calculator al proceselor de formare și evoluție a galaxiilor. Vina este a forțelor de maree gravitațională.

Materia întunecată

Materia întunecată reprezintă o formă de materie care, se pare, interacționează cu materia vizibilă, cea care compune Universul pe care îl vedem (stele, galaxii, praf și gaz interstelar etc.) doar prin interacțiunea gravitațională.

Tocmai așa a fost descoperită: viteză stelelor din periferia galaxiilor este mai mare decât ceea ce rezultă din atracția gravitațională a materiei vizibile; în plus efectele de lentilă gravitațională – explicate de teoria relativității generale a lui Einstein – care cântăresc materia în Univers, la rândul lor ne spun că galaxiile conțin mult mai multă materie decât cea pe care o vedem. Această materie, care în Univers reprezintă circa 85% din materia totală, a fost denumită materie întunecată și compoziția acesteia este un mare mister.

Încerca să-l descifrăm prin experimente la acceleratoarele de particule sau în laboratoarele subterane. În același timp observațiile astronomice sunt extrem de importante întrucât ne dau mai multe informații despre proprietățile acestei materii.

Galaxii pitice fără materie întunecată

În acest context descoperirea unor galaxii pitice, cu materie difuză, precum DF2 sau DF4, care nu conțin materie întunecată este un mister. Se crede că toate galaxiile au evoluat și s-au format având la bază o cantitate importantă de materie întunecată.

Cum au pierdut această materie galaxiile pitice? Ipoteza actuală asupra structurii materiei întunecate o vede alcătuită din particule masive care se mișcă cu viteze relativ mici – adică materie întunecată rece, așa numită LCDM (Lambda Cold Dark Matter).

Galaxiile pitice și difuze care au fost măsurate până acum conțin câteva miliarde de stele; galaxia noastră de exemplu conține sute de miliarde de stele. Galaxiile mici formează clustere globulare, în care, cum spuneam, au fost descoperite câteva galaxii care par să nu conțină materie întunecată.

Forțele de maree gravitațională: Illustris

Un grup de astronomi condus de University of California, Riverside, a explicat această dispariție a materiei întunecate cu ajutorul unui program de simulare denumit Illustris, care simuleză formarea galaxiilor, incluzând evoluția stelelor, supernovele, creșterea și unirea găurilor negre precum și alte fenomene astronomice.

Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate într-un articol în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Astronomii au găsit în simularea lor câteva galaxii pitice care se comportau precum DF2 și DF4 – adică galaxii difuze fără materie întunecată.

Materia întunecată, care la începutul existenței galaxiilor a avut un rol important, a fost smulsă de efecte de maree gravitațională. Aceste forțe de maree au lăsat galaxiile pe de o parte fără materie întunecată, însă și materia normală a avut de suferit întrucât galaxiile pitice au rămas ultra-difuze.

După Illustris

Pe viitor grupul de astronomi, în colaborare cu cercetători de la Max Planck Institute for Astronomy din Germania, au obiectivul de a îmbunătăți simularea proceselor care duc la formarea și evoluția galaxiilor – cu un nou program care are o capacitate de calcul mai mare și care se traduce într-o rezoluție de circa 16 ori mai bună.

Această nouă simulare va fi capabilă să studieze galaxii pitice mai mici, cele care de fapt sunt mult mai multe în Univers. Aceste noi simulări vor fi comparate cu rezultatele măsurătorilor efectuate la W.M. Keck Observatory, care va studia galaxii pitice în clusterul de galaxii Virgo.

Conținutul de materie întunecată din galaxii ne da posibilitatea să înțelegem mai bine proprietățile acesteia și să optimizăm strategia pe care o folosim în experimentele în laboratoarele noastre pentru a descoperi din ce anume este făcută.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Romă, Italia) și colaborator al Scientia.ro