Rotondo nel cielo, in relativo isolamento e con un’emissione di gas a una temperatura di quasi 20mila gradi. La scoperta di un promettente alone di materia oscura coinvolge il Dipartimento di Fisica "Giuseppe Occhialini" dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca e il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Vittoria in Canada. Se le prossime rilevazioni corroboreranno i dati attuali, Eureka! Avremo le prove che sia materia oscura senza galassia associata. Perché questa scoperta rappresenta un successo per il modello cosmologico? Quali saranno le ripercussioni sulla nostra conoscenza delle galassie?
Un alone di materia oscura senza stelle
Cloud-9 – questo è il nome assegnato all’oggetto extragalattico – si trova vicino alla galassia M94 ed emette radiazioni elettromagnetiche solo in radio. Rilevato grazie al radiotelescopio FAST – il più grande del mondo, con un diametro di 500 metri di apertura – ora è uno dei candidati più promettenti a essere catalogato come RELHIC (Reionization-Limited-HI-Cloud): un alone di materia oscura senza una galassia associata. Lo studio Is a recently discovered HI cloud near M94 a starless dark matter halo? (‘Una nube HI recentemente scoperta vicino a M94 è un alone di materia oscura senza stelle?’) è stato pubblicato dall’Astrophysical Journal (DOI 10.3847/1538-4357/acf767) e illustra il lavoro condotto dal ricercatore in astronomia e astrofisica Alejandro Benitez-Llambay, Università degli studi di Milano-Bicocca, e dal professore di fisica e astronomia Julio F. Navarro, Università di Vittoria.
Un candidato promettente per un nuovo tipo di oggetto astrofisico
Di aspetto circolare e isolato. La radiazione elettromagnetica di Cloud-9 è visibile solo nelle lunghezze d’onda radio, ed è probabile che provenga da gas composto soprattutto da idrogeno neutro a una temperatura di 20.000 K (Kelvin), pari a circa 19.800 °C (gradi Celsius). Per avere una misura di cosa significhi, basti pensare che l’acciaio raggiunge la fusione a circa 1.500 °C. Cloud-9 si allontana così velocemente da noi da non poter essere associato alla nostra galassia, caratteristica che lo rende extragalattico. Tuttavia, la sua velocità e la stretta separazione angolare nel cielo rispetto alla galassia M94 spingono a credere che sia vicino a M94. Dunque, un oggetto dalle proprietà uniche, che dista circa 16milioni di anni luce dalla Terra.
«È molto emozionante scoprire un'emissione estesa a lunghezze d'onda radio nei pressi di M94, con proprietà coerenti con quelle che ci aspettiamo per gli aloni di materia oscura senza stelle – sostiene il ricercatore di Milano-Bicocca Benitez-Llambay –. Sebbene le osservazioni attuali non possano escludere con certezza la presenza di una debole galassia in questa posizione, non c'è dubbio che abbiamo identificato, per la prima volta, un candidato sicuro per un nuovo tipo di oggetto astrofisico la cui esistenza era stata prevista con largo anticipo rispetto all'osservazione. Senza dubbio, osservazioni ottiche e radio più approfondite ci permetteranno di circoscrivere meglio la natura di questo oggetto. Se confermeranno che Cloud-9 è un RELHIC, la scoperta rappresenterà un grande successo per il modello cosmologico di materia oscura fredda, e aprirà la possibilità di sondare dal punto di vista astrofisico la natura della materia oscura su scale finora inesplorate.»
Confermata la previsione del modello cosmologico Lambda Cold Dark Matter
L’esistenza dei RELHIC è una previsione fondamentale del modello cosmologico Lambda Cold Dark Matter avanzata nel 2017. Secondo il ricercatore Alejandro Benitez-Llambay «Abbiamo mostrato che una conseguenza inevitabile dell'attuale modello cosmologico, insieme alla nostra comprensione di come si formano le galassie, è l'esistenza di una popolazione di aloni di materia oscura collassati la cui massa è così bassa da non poter raccogliere abbastanza gas per formare una galassia. Nel 2017 avevamo previsto che questi sistemi sarebbero stati scarsi e deboli in radiofrequenza, quindi difficili da rilevare.» Alla luce dei dati promettenti rilevati per Cloud-9 «non deve sorprendere che questa sia la prima volta che ne rileviamo uno. Secondo la nostra previsione del 2017, i RELHIC sarebbero stati: deboli nella quantità di radiazioni emesse; piccoli e rotondi nel cielo; lontani da galassie luminose; privi di una controparte ottica. È interessante notare che Cloud-9 rispetta tutte queste proprietà, rendendolo il primo candidato certo per essere un RELHIC.»
Cloud-9 cambierà la nostra conoscenza sulla materia oscura
Lo studio della radiazione originata da questi aloni senza stelle apre lo sguardo sulla struttura dell'alone di materia oscura ospitante, e ci permette di spingere le nostre teorie verso regimi inesplorati. Saranno necessarie ulteriori osservazioni per vincolare la natura di Cloud-9. Per ora l’analisi di Benitez-Llambay e Navarro, coadiuvata dai risultati di modelli teorici e dalle simulazioni numeriche eseguite in cluster di computer (cioè una rete di computer connessi tra loro) dimostra il potenziale di questi oggetti, per plasmare la nostra comprensione di come si formano le strutture e le galassie nel nostro Universo alle più piccole scale cosmologiche.
L'individuazione di un RELHIC rappresenterebbe un notevole risultato scientifico per diversi motivi. Innanzitutto, confermerebbe la presenza di strutture di materia oscura legata e collassata su scale di massa inferiori alle galassie. Inoltre, ci permetterebbe di capire come si formano le strutture nel nostro Universo; accrescere la nostra attuale comprensione della natura della materia oscura; infine affinare la nostra teoria sulla formazione delle galassie.
