Le osservazioni di fusioni di galassie nane utilizzando l'osservatorio gravitazionale orbitante LISA aiuteranno gli astronomi a capire se esiste materia oscura pesante e quali proprietà ha. L'articolo dei fisici teorici è stato pubblicato nelle lettere della rivista Astrophysical.
“Abbiamo dimostrato che la frequenza delle fusioni tra galassie nane e buchi neri al loro centro dipenderà direttamente dalla quantità di materia oscura presente al loro interno. Oggi i teorici ritengono che dovrebbe essercene in abbondanza, motivo per cui abbiamo sospettato per molto tempo che avrebbe influenzato le loro proprietà cosmologiche , ha affermato Lucio Mayer dell'Università di Zurigo (Svizzera).
I fili dell'universo
Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che l'Universo fosse costituito dalla materia che vediamo e che costituisce la base di tutte le stelle, buchi neri, nebulose, ammassi di polvere e pianeti. Ma le prime osservazioni della velocità delle stelle nelle galassie vicine hanno mostrato che le stelle alla periferia si muovono a una velocità incredibilmente alta, circa dieci volte superiore a quella mostrata dai calcoli basati sulle masse di tutte le stelle.
La ragione di ciò, secondo gli scienziati odierni, era la cosiddetta materia oscura, una sostanza misteriosa, che rappresenta circa il 75% della massa della materia nell'Universo. Tipicamente, ogni galassia contiene da otto a dieci volte più materia oscura della sua cugina visibile, e questa materia oscura tiene le stelle al loro posto e impedisce loro di disperdersi.
Ricerche infruttuose di tracce di materia oscura sulla Terra, come osserva Mayer, fanno dubitare a molti scienziati che esista in linea di principio o che sia composta da particelle superpesanti e "fredde" - "WIMP" che non si manifestano in alcun modo diverso dall'attrazione di ammassi visibili importa.
Mayer ei suoi colleghi hanno riflettuto su dove e come si potrebbero trovare le tracce più "affidabili" di questa forma di materia oscura. La loro attenzione è stata attirata dagli oggetti che le teorie cosmologiche convenzionali prevedono dovrebbero essere composti quasi interamente da questa sostanza: le galassie nane più deboli.
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Spazio "mixer"
Gli scienziati hanno creato un modello computerizzato di tali "megalopoli stellari", che ha permesso loro di spingerle l'una contro l'altra e contro altri oggetti, nonché di modificare il rapporto tra la massa della materia visibile e quella oscura, nonché la loro distribuzione nelle galassie.
Questi calcoli hanno mostrato inaspettatamente che il comportamento dei buchi neri centrali in tali galassie, così come la frequenza della loro fusione, dipenderà fortemente dalla presenza della materia oscura e da una delle sue proprietà specifiche: quanto la sua densità differisce alla periferia e ai centri di queste nane.
Si è scoperto che i buchi neri potevano avvicinarsi l'un l'altro, formare coppie strette e fondersi solo in quei casi se la materia oscura fosse distribuita in modo estremamente irregolare tra tali galassie. Di conseguenza, l'osservazione della frequenza della loro fusione può dirci come la materia oscura è distribuita in tutto l'Universo e se esiste in linea di principio.
Come calcolare tali "incidenti cosmici"? I buchi neri supermassicci in orbita a breve distanza l'uno dall'altro emetteranno onde gravitazionali a frequenza molto bassa. Saranno invisibili ai telescopi terrestri, ma ben visibili all'osservatorio gravitazionale orbitante LISA, la cui costruzione inizierà nella seconda metà del 2020.
È un insieme di tre satelliti che devono tracciare le fluttuazioni nello spazio-tempo, osservando come le onde gravitazionali deviano il percorso dei raggi laser che collegano tutti e tre i dispositivi LISA.
Meyer e i suoi colleghi sperano che le osservazioni con LISA aiuteranno gli scienziati a confermare l'esistenza della materia oscura e le teorie che descrivono la sua struttura si avvicinano per risolvere i misteri della vita dell'universo.
