Materia oscura, nuove misurazioni vanno a favore della gravità modificata

Uno studio delle curve di rotazione delle galassie segna un punto a favore della gravità modificata, teoria alternativa alla materia oscura prevista dal modello cosmologico standard.

Sebbene la materia oscura sia una parte fondamentale del modello cosmologico standard, non è priva di dubbi e domande. Continua a essere misteriosa e inspiegabile, non ultimo il fatto che gli scienziati non hanno ancora trovato particelle che possano rappresentare una prova diretta: nonostante le numerose ricerche, non abbiamo ancora rilevato particelle di materia oscura.

Alcuni astronomi preferiscono affidarsi ad un’alternativa, come la dinamica newtoniana modificata (detta MoND) o il modello gravitazionale modificato. E adesso un nuovo studio sulla rotazione galattica sembra supportare questa idea.

La gravità modificata

L’idea di MoND è stata ispirata dalla rotazione galattica.
La maggior parte della materia visibile in una galassia è raggruppata nel mezzo, quindi ti aspetteresti che le stelle più vicine al centro abbiano velocità orbitali più elevate rispetto alle stelle più lontane, simili ai pianeti del nostro sistema solare. Quello che osserviamo è che le stelle in una galassia ruotano tutte all’incirca alla stessa velocità.

La curva di rotazione è essenzialmente piatta piuttosto che calante. La soluzione della materia oscura è che le galassie siano circondate da un alone di materia invisibile, ma nel 1983 Mordehai Milgrom sostenne che il nostro modello gravitazionale doveva essere sbagliato.

A distanze interstellari, l’attrazione gravitazionale tra le stelle è essenzialmente newtoniana. Quindi, piuttosto che modificare la relatività generale, Milgrom propose di modificare la Legge di Gravità Universale di Newton. Milgrom sostenne che se la forza di attrazione è una pura relazione inversa del quadrato, la gravità può avere una piccola attrazione residua indipendentemente dalla distanza. Questo residuo sarebbe molto piccolo, circa 10 trilionesimi di g, ma è sufficiente per spiegare le curve di rotazione galattica.

Naturalmente, aggiungendo un piccolo termine alla gravità di Newton devono essere modificate anche le equazioni di Einstein. Quindi la teoria MoND è stata generalizzata in vari modi, come AQUAL, che sta per “A Quadradic Lagrangian”. Sia AQUAL che il modello LCDM standard possono spiegare le curve di rotazione galattica osservate, ma con alcune sottili differenze.

AQUAL vs LCDM

È qui che entra in gioco uno studio recente pubblicato su The Astronomy Journal.
Una delle differenze tra AQUAL e LCDM sta nelle velocità di rotazione delle stelle dell’orbita interna rispetto alle stelle dell’orbita esterna. Per LCDM, entrambi dovrebbero essere governati dalla distribuzione della materia, quindi la curva dovrebbe essere piatta.

AQUAL prevede invece un piccolo nodo nella curva a causa delle dinamiche della teoria. È troppo piccolo per essere misurato in una singola galassia, ma statisticamente dovrebbe esserci un piccolo spostamento tra le distribuzioni di velocità interne ed esterne.

Gli astrofisici hanno esaminato le curve di velocità ad alta risoluzione di 152 galassie osservate nel database Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC) trovando i nodi che sono in accordo con la teoria AQUAL. I dati sembrano dunque supportare la gravità modificata rispetto alla materia oscura della cosmologia standard.

Il risultato è entusiasmante, ma non ribalta la materia oscura. Il modello AQUAL ha i suoi problemi, come il suo disaccordo con la lente gravitazionale osservata dalle galassie.

Ma è di certo un tassello in più nella ricerca di uno dei misteri ancora irrisolti del nostro universo.

Riferimenti: Universe Today, Arxiv

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