Osservazioni sconcertanti di galassie lontane stanno mettendo in discussione le idee dominanti dei cosmologi sull’universo, portando potenzialmente all’implicazione che la strana sostanza chiamata materia oscura non esista.

Questa è una possibile conclusione di un nuovo studio pubblicato il 20 giugno su The Astrophysical Journal Letters. La scoperta “solleva questioni di natura straordinariamente fondamentale”, afferma Richard Brent Tully, astronomo presso l’Università delle Hawaii a Manoa, che non è stato coinvolto nel lavoro.

Gli astronomi sospettano che la materia oscura esista a causa del modo in cui le stelle e altro materiale visibile ruotano ai margini visibili di una galassia. Le velocità di rotazione degli oggetti lontani dal centro galattico sono molto più elevate di quanto dovrebbero essere, data la quantità di materia luminosa osservata nei telescopi. Secondo l’attuale comprensione della gravità da parte dei fisici, ciò implica che un massiccio serbatoio di materia invisibile stia esercitando un’attrazione gravitazionale su quelle stelle.

I nuovi risultati si basano sul fatto che gli oggetti massicci deformano il tessuto dello spazio e del tempo. Le galassie sono composte da enormi quantità di stelle visibili, gas e polveri, oltre a, secondo la teoria, un vasto alone di materia oscura invisibile. Ciò significa che la luce verrà deviata e distorta mentre viaggia oltre una galassia, un effetto noto come lente gravitazionale.

Sapendo questo, l’astronomo Tobias Mistele della Case Western Reserve University di Cleveland e i suoi colleghi hanno deciso di cercare segni di lenti gravitazionali attorno a diverse galassie come modo per sondare il contenuto delle galassie stesse. Il team ha esaminato un catalogo di circa 130.000 galassie riprese dal VLT Survey Telescope presso lo European Southern Observatory’s Paranal Observatory in Cile, cercando quelle strisce rivelatrici che indicano la presenza di galassie più distanti la cui luce è stata deviata e distorta dagli oggetti interposti.

La quantità di lensing fornisce un’indicazione per le masse delle galassie in primo piano, includendo sia la loro materia luminosa sia, presumibilmente, la quantità molto maggiore di materia oscura che circonda ogni galassia. Il team ha quindi calcolato la massa a varie distanze dal centro di ogni galassia e l’ha utilizzata per dedurre la velocità alla quale una stella orbiterebbe a quelle distanze.

Secondo il modello cosmologico prevalente, chiamato Lambda CDM, la materia oscura si aggrega in enormi ammassi nel cosmo, e l’attrazione gravitazionale di questi ammassi attira la materia visibile, che continua a formare una galassia (SN: 4/4/24). Osservazioni precedenti hanno stabilito che questi ammassi simili ad aloni si estendono fino ad almeno 300.000 anni luce dal centro di una galassia. Oltre quel limite, le velocità di rotazione delle stelle dovrebbero iniziare a rallentare.

Eppure, utilizzando i loro dati di lensing gravitazionale, Mistele e i suoi colleghi hanno calcolato che una stella posta a un milione di anni luce dal centro di ogni galassia, e potenzialmente fino a 3 miliardi di anni luce di distanza, starebbe ancora ruotando troppo velocemente, considerando sia la materia visibile che quella oscura che si ritiene siano presenti nella galassia.

Questo significa che c’è ancora più materiale invisibile di quanto si pensasse in precedenza? Forse no.

Una teoria rivale a Lambda CDM, nota come dinamica newtoniana modificata, o MOND, elimina completamente il concetto di materia oscura e suggerisce invece che la gravità si comporti in modo diverso sulla scala delle galassie (SN: 3/28/18). A lungo sostenuta dal coautore di Mistele, Stacy McGaugh, anch’egli della Case Western, MOND prevede specificamente i tipi di osservazioni riscontrate nello studio.

Ma Lambda CDM non è ancora fuori combattimento.

“Penso che sia una forzatura dire che si può fare a meno della materia oscura, perché le linee di prova [a suo favore] sono così numerose”, afferma Bhuvnesh Jain, cosmologo presso l’Università della Pennsylvania.

Ad esempio, la crescita delle strutture su larga scala nell’universo dal Big Bang è spiegata molto meglio da Lambda CDM che da MOND. Jain suggerisce che forse ci sono idee ancora più esotiche nei modelli matematici della gravità, ispirate al pensiero dimensionale superiore che si trova nella teoria delle stringhe, che potrebbero spiegare l’attuale struttura su larga scala dell’universo. Alcune variazioni di tali idee potrebbero essere in grado di spiegare i dati di Mistele e dei suoi colleghi, rivedendo anche il ruolo della materia oscura.

Le osservazioni del satellite Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea, lanciato l’anno scorso, forniranno presto ai ricercatori dati di lensing gravitazionale molto migliori, aiutando potenzialmente a districare cosa sta succedendo in questo strano mistero.