14 Gen 2021 Le Pulsar Rivelano il Lato Oscuro della Via Lattea
Le stelle della Via Lattea sperimentano accelerazioni dovute a una combinazione di fattori, tra cui presenza di materia oscura e densità stellare. Utilizzando particolari stelle di neutroni note come pulsar, un team di astronomi ha ricavato la prima misurazione diretta dell’accelerazione media all’interno della nostra galassia. Grazie a questi dati è stato possibile ricavare la densità di materia oscura nella Via Lattea.
Il team, guidato da Sukanya Chakrabarti dell’Institute for Advanced Study insieme a collaboratori dell’University of Rochester, e dell’University of Wisconsin-Milwaukee, ha utilizzato dati sulle pulsar per calcolare le accelerazioni radiali e verticali delle stelle all’interno e al di fuori del piano galattico. Le pulsar sono stelle di neutroni derivanti dall’esplosione di stelle massicce, in grado di emettere fasci di radiazioni a intervalli estremamente regolari. Sulla base di queste misurazioni e della quantità nota di materia visibile nella galassia, i ricercatori hanno potuto calcolare la densità di materia oscura della Via Lattea, senza assumere l’usuale ipotesi che la galassia sia in uno stato stazionario. “Le nostre analisi forniscono non solo le prime misurazioni delle piccole accelerazioni sperimentate dalle stelle nella galassia, ma aprono la possibilità di estendere questo lavoro alla comprensione della materia oscura, e in definitiva dell’energia oscura su vasta scala”, spiega Chakrabarti.
Le stelle sfrecciano attraverso la galassia a centinaia di chilometri al secondo, ma le variazioni nelle loro velocità sono molto piccole, dell’ordine di per pochi centimetri al secondo. Per individuare un movimento così ridotto, il team si è affidato all’orologio cosmico ultrapreciso delle pulsar, ampiamente distribuite nel piano galattico e nell’alone circostante. “Impiegando le proprietà uniche delle pulsar, siamo stati in grado di misurare accelerazioni molto piccole nella galassia. Il nostro lavoro apre una nuova finestra sulle dinamiche galattiche”, afferma Philip Chang of the University of Wisconsin-Milwaukee, coautore dello studio in via di pubblicazione su Astrophysical Journal Letters.
L’illustrazione artistica mostra le increspature nel disco della Via Lattea, insieme con i detriti mareali della galassia nana del Sagittario. L’inserto mostra le pulsar utilizzate per calcolare le accelerazioni nella galassia CREDIT IAS; Dana Berry
L’alone, una struttura sferica che circonda il disco galattico e che si estende per circa 300.000 anni luce al di là del centro della galassia, può fornire importanti indizi per la comprensione della natura della materia oscura, che rende conto di circa il 90 percento della massa della galassia ed è particolarmente concentrata al di sopra e al di sotto del piano galattico denso di stelle. I moti stellari in questa particolare regione possono essere influenzati dalla materia oscura. Utilizzando misurazioni di densità locale ottenute tramite questo studio, i ricercatori possono avere un’idea migliore di come e dove andare a cercare questa materia invisibile ed elusiva.
Mentre gli studi precedenti avevano assunto come ipotesi uno stato di equilibrio galattico per calcolare la densità di massa media, questo lavoro si basa sullo stato naturale di non-equilibrio della Via Lattea. Per fare un’analogia, si può pensare alla superficie di uno stagno prima e dopo che vi sia gettata dentro una pietra. Tenendo conto delle ‘increspature’, il team è riuscito ad ottenere una visione più accurata della realtà. La galassia, in effetti, è stata influenzata da una storia turbolenta di fusioni galattiche e continua ad essere perturbata da interazioni con le sue piccole compagne, come le Nubi di Magellano. Come risultato, le stelle possono seguire un percorso simile a quello di un disco di vinile distorto, viaggiando al di sopra e al di sotto del piano galattico.
Un fattore importante che ha consentito questo approccio è stato l’utilizzo di dati relativi alle pulsar raccolti da collaborazioni internazionali, come NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves). “Per secoli gli astronomi hanno misurato posizioni e velocità delle stelle, ma questo fornisce solo un’istantanea del comportamento dinamico complesso della Via Lattea”, afferma Scott Tremaine, tra gli autori dello studio. “Le accelerazioni misurate da Chakrabarti e dai suoi collaboratori sono provocate direttamente dalle forze gravitazionali generate dalla materia nella galassia, sia visibile che oscura, e pertanto forniscono una nuova e promettente finestra sulla distribuzione e sulla composizione della materia nella galassia e nell’Universo”. Lo studio permetterà di ottenere simulazioni più dettagliate della Via Lattea, fornendo indizi per la ricerca della materia oscura. Anche se non è possibile ottenere una visione diretta della Via Lattea nella sua interezza, questo lavoro fornisce inoltre nuovi dettagli essenziali per comprendere l’organizzazione dinamica della galassia dall’interno.
Nell’immagine rappresentazione artistica di una pulsar
Credit NASA
https://www.ias.edu/news/2021/galactic-acceleration
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