Titolo: The Tully-Fisher relation and the Bosma effect

Journal: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 2, January 2024, Pages 2697–2717, https://doi.org/10.1093/mnras/stad3278

Autori: Francesco Sylos Labini, Giordano De Marzo, Matteo Straccamore, and Sébastien Comerón

In questo articolo, Sylos Labini e collaboratori introducono il modello del disco di materia oscura, che fornisce una nuova interpretazione della dinamica delle galassie a disco. La motivazione dietro questo modello deriva dall’incoerenza osservata tra le curve di rotazione piatte osservate nelle galassie a spirale e la diminuzione kepleriana attesa basata sulla distribuzione della materia luminosa nel disco galattico. Tradizionalmente, questa discrepanza ha portato alla conclusione che massicci alone sferici di materia oscura dominino la dinamica gravitazionale delle galassie a spirale.

Il modello del disco di materia oscura propone uno scenario alternativo in cui la materia oscura è principalmente localizzata all’interno del disco galattico stesso. Questa ipotesi è supportata dalla correlazione osservata tra la materia oscura e la distribuzione di gas idrogeno neutro (HI), notata per la prima volta da Albert Bosma nel 1981. In particolare, nelle galassie a disco vicine è stato osservato che il rapporto tra la densità di superficie totale del disco (derivato dalle misurazioni della curva di rotazione) e la densità di superficie del gas (misurata dalle osservazioni dell’HI) rimane approssimativamente costante oltre una certa distanza dal centro galattico. Questa correlazione implica che le curve di rotazione a raggi più grandi possono essere interpretate come versioni ridimensionate di quelle derivate dalla distribuzione del gas HI. Di conseguenza, si ipotizza che la materia oscura segua la distribuzione del gas e sia confinata in un disco, anche se l’osservazione diretta della distribuzione di materia oscura in questo modello è ancora da realizzare.

Nel quadro del modello del disco di materia oscura, questo studio dimostra che le curve di rotazione di 16 galassie a disco vicine, così come quella della Via Lattea, possono essere descritte con precisione. Questa scoperta consente di ridimensionare le curve di rotazione di queste galassie per adattarle a un profilo universale di lento decadimento, fornendo ulteriore supporto al modello del disco di materia oscura.

Inoltre, il modello del disco di materia oscura consente la derivazione di una nuova versione della relazione di Tully-Fisher (TF), che è una relazione empirica che collega la massa di una galassia a disco alla sua velocità di rotazione. La relazione di TF derivata all’interno del modello del disco di materia oscura mostra una buona concordanza con i dati osservativi.

In coerenza con questo modello, le stime delle masse delle galassie si rivelano sistematicamente inferiori a quelle ottenute assumendo un alone sferico di materia oscura. Questi risultati presentano sfide teoriche nella comprensione dell’evoluzione dinamica delle galassie a disco e sottolineano la necessità di ulteriori approfondimenti.

Dal punto di vista osservativo, l’articolo discute diversi test potenziali che possono contribuire a differenziare tra il modello del disco di materia oscura e il tradizionale modello di alone sferico di materia oscura.

Il pannello sinistro illustra il modello dell’alone standard, in cui la materia oscura è distribuita in un alone sferico che circonda e comprende un disco galattico. In questo modello, la materia oscura si estende in tutta la regione dell’alone. Il pannello destro rappresenta il modello del disco di materia oscura, in cui la materia oscura è confinata principalmente all’interno del disco galattico e la sua distribuzione è tracciata dalla distribuzione dell’idrogeno neutro. In questo modello, la materia oscura è concentrata all’interno del disco ed è dedotta dalle proprietà osservate dell’idrogeno neutro. Questi due pannelli rappresentano visivamente le diverse ipotesi e distribuzioni di materia oscura nei due modelli: il modello dell’alone standard assume una distribuzione sferica attorno al disco galattico, mentre il modello del disco di materia oscura propone che la materia oscura risieda principalmente all’interno del disco stesso.