La materia oscura era ininfluente nelle galassie del giovane universo

Le osservazioni condotte dal Very Large Telescope in Cile hanno gettato nuova luce sulla struttura delle galassie che popolavano l'Universo oltre 10 miliardi di anni fa, durante un'intensa fase di formazione galattica. Le osservazioni hanno rivelato che le dinamiche delle galassie presenti in quell'epoca erano ampiamente dominate da materia barionica - la stessa che compone gli esseri umani, i pianeti, le stelle. Questa scoperta è in netto contrasto con ciò possiamo vedere intorno a noi oggi, ovvero galassie largamente plasmate dall'effetto della materia oscura.

Gli scienziati ritengono che la materia oscura - un'elusiva forma di materia visibile solo grazie ai suoi effetti gravitazionali - sia responsabile di quasi il 27% del contenuto di massa od energia dell'Universo. Nonostante non sia mai stata osservata direttamente e la sua natura rimanga quasi del tutto sconosciuta, la materia oscura è di gran lunga considerata la teoria più plausibile in grado di spiegare le curve di rotazione nelle propaggini esterne delle galassie a spirale.
In una normale galassia, la densità del disco visibile - ovvero della materia barionica - diminuisce con l'aumentare della distanza dal cuore della galassia. Ciò, in teoria, implica che le regioni esterne dovrebbero ruotare molto più lentamente di quelle interne. Le osservazioni, però, non coincidono con la teoria: quasi tutte le galassie, infatti, mostrano curve di rotazione piatte. In altre parole, le regioni esterne ruotano più o meno alla stessa velocità di quelle interne (escludendo le aree nell'immediata vicinanza del nucleo, in cui la situazione dinamica è differente), come se vi fosse una massa mancante. La spiegazione più popolare tra gli astronomi è che le galassie siano avvolte da massicci aloni di materia oscura.

Ora, un team internazionale di astronomi ha usato gli strumenti KMOS e SINFONI, montati sul telescopio VLT in Cile, per caratterizzare la rotazione di sei massicce e lontanissime galassie in fase di formazione stellare, immortalate quando l'Universo aveva meno di 4 miliardi di anni.

I risultati sono sorprendenti: a differenza delle galassie attuali, le regioni esterne di queste lontane galassie sembrano ruotare a velocità sufficientemente basse da poter essere spiegate quasi interamente usando la normale meccanica classica, senza bisogno di tener conto dei possibili effetti di grandi quantità di materia oscura.

"Sorprendentemente, le curve di rotazione di queste galassie non sono piatte, ma diminuiscono man mano che ci si allontana dal nucleo," spiega Reinhard Genzel del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. "Crediamo che vi siano due cause all'origine di questo fenomeno. In primo luogo, la maggior parte di queste giovani galassie massicce era dominata dalla materia normale, mentre la materia scura giocava un ruolo molto più limitato rispetto all'Universo Locale. Inoltre, questi giovani dischi erano molto più turbolenti rispetto alle galassie a spirale che vediamo nel nostro vicinato cosmico."

Entrambi gli effetti sembrano farsi più e più pronunciati a distanze maggiori. Secondo gli astronomi, il gas presente nelle galassie si sarebbe compattato a formare dischi più o meno piatti già 3-4 miliardi di anni dopo il Big Bang; a quel punto, invece, gli aloni di materia oscura che avvolgevano le galassie erano ancora molto più vasti e dispersi di quelli attuali, il che avrebbe ridotto i loro effetti gravitazionali. La materia oscura, dunque, avrebbe impiegato vari miliardi di anni in più della materia barionica a compattarsi e dar vita alle curve di rotazione che caratterizzano le galassie attuali.

La scoperta è stata effettuata in seguito all'analisi di sei galassie più una curva di rotazione media generata a partire da centinaia di galassie meno luminose. Tutte le galassie hanno uno spostamento verso il rosso compreso tra 0,6 e 2,6, corrispondente a un lasso di tempo pari a 5 miliardi di anni.