Guardi il cielo e ...

[gillian]

Ma sei proprio sicuro che se ci fosse solo materia visibile le stelle fuggirebbero? Dato che la velocità non diminuisce con la distanza dal nucleo come dovrebbe essere ma è maggiore, la presenza della materia oscura viene invocata a spiegare il fenomeno per cui se r aumenta, anche M aumenta per via della materia oscura (che si pensa estesa anche oltre quello che vediamo come galassia, il suo confine) e quindi tutto, in un certo senso, si ribilancia.

Invece di diminuire dal centro alla periferia, le velocità orbitali rimangono costanti e, tra calcoli, stime e proiezioni, si è scoperto che per galassie più o meno simili alla nostra le stelle più periferiche hanno velocità orbitali anche di 200 chilometri al secondo. Per avere un termine di paragone: la velocità della Terra attorno al Sole, che naturalmente compie un'orbita in quello che per noi è "1 anno", è di circa 30 km al secondo.

Se una galassia fosse composta solo da quella che per noi è la materia visibile, quelle stelle l'avrebbero abbandonata da tempo perché hanno velocità orbitali tre o quattro volte superiori alla velocità di fuga dalla galassia stessa. I casi di stelle in fuga dal loro centro galattico sono però rarissimi: è per questo motivo che si è ipotizzato che nelle galessie debba esserci della massa che non si vede ma che esercita una forza di attrazione tale da impedire alle stelle di andarsene per la loro strada.


Perchè è stata introdotta la materia oscura? I motivi sono tre: la materia oscura è necessaria per spiegare i modelli cosmologici di formazione delle strutture (galassie e ammassi di galassie), per spiegare la dinamica delle stelle nelle galassie e degli ammassi di galassie e per poter ottenere un modello di universo che rispecchi le osservazioni. Una delle evidenze dell’esistenza della materia oscura si ha dalle osservazioni delle galassie a spirale, in particolare dalla loro curva di rotazione. La curva di rotazione descrive la velocità a cui le stelle orbitano attorno al centro galattico. Questa velocità è proporzionale alla brillanza superficiale della galassia, al rapporto massa/luminosità e dipende dal rapporto r/h, dove r è il raggio considerato mentre h è il raggio di scala. I dischi delle galassie a spirale dovrebbero presentare una curva di rotazione con velocità che aumenta adando dal centro verso l’esterno, fino ad un valore massimo ad un raggio di circa 10 kpc (per tipici valori di h di 3-4 kpc). Oltre questo raggio la velocità dovrebbe decrescere proporzionalmente alla radice quadrata del raggio (questa parte della curva viene detta tratto kepleriano, in quanto segue lo stesso andamento delle orbite del Sistema Solare descritte dalle leggi di Keplero). Però le curve di rotazione osservate sono ben diverse da quelle predette. Infatti non presentano il tratto kepleriano, ma oltre il punto di massimo la velocità tende ad un valore asintotico, cioè risulta praticamente costante. Come mai? Evidentemente le galassie hanno più massa di quella che possiamo effettivamente osservare. Questa massa in più è data dalla materia oscura. Perchè serve proprio la materia oscura? E’ stato proposto che la massa in più potesse essere data dai MACHO (Massive Compact Halo Objects, oggetti compatti massicci d’alone), che sono oggetti compatti con luminosità praticamente nulla situati nell’alone delle galassie. Il problema è che non ce ne sono abbastanza per spiegare le caratteristiche osservate della curva di rotazione. Quindi al momento serve la materia oscura!!
È importante precisare un punto. Come si vede dalla figura, la curva si estende ben aldilà della regione delle stelle più esterne. In questa regione la velocità di rotazione è quella delle nubi di idrogeno ionizzato che ruotano intorno al centro della galassia.
Buona giornata!