La mappa tridimensionale più precisa mai ottenuta dei moti stellari nella Via Lattea suggerisce che la materia oscura potrebbe essere concentrata in un gigantesco disco invisibile, anziché nell’alone sferico previsto dal modello cosmologico standard.
Un nuovo studio che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal del Dr. Francesco Sylos Labini del Centro Ricerche Enrico Fermi (CREF) di Roma e del Prof. Roberto Capuzzo-Dolcetta dell’Università Sapienza di Roma, basato sui dati della missione Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), ha trovato evidenze convincenti che la materia oscura della Via Lattea potrebbe essere distribuita in una struttura appiattita, simile a un disco, piuttosto che nell’alone quasi sferico assunto da lungo tempo nei modelli cosmologici standard.
La materia oscura, una forma invisibile di materia che non emette né assorbe luce, si ritiene costituisca circa l’85% della materia dell’Universo. Sebbene la sua natura rimanga sconosciuta, gli astronomi ne deducono l’esistenza attraverso gli effetti gravitazionali che esercita sulle stelle e sulle galassie.
Utilizzando i dati della terza pubblicazione di Gaia (Data Release 3), i ricercatori hanno ricostruito le misure più dettagliate mai ottenute del campo gravitazionale della Via Lattea in una regione che si estende fino a 2 kiloparsec sopra e sotto il piano galattico e tra 8,5 e 14 kiloparsec dal centro della Galassia. Lo studio ha misurato simultaneamente la curva di rotazione della Via Lattea a diverse altezze rispetto al disco e l’accelerazione gravitazionale verticale sperimentata dalle stelle.
«La maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sul modo in cui le stelle si muovono attorno al centro della Galassia», spiega il Dr. Francesco Sylos Labini. «Ma le stelle si muovono anche sopra e sotto il piano galattico. Questi moti verticali rappresentano una sonda estremamente potente della geometria della distribuzione di massa. Grazie alla precisione senza precedenti di Gaia, possiamo ora verificare direttamente se la componente oscura è distribuita in un alone sferico oppure in una configurazione più appiattita.»
L’analisi mostra che i modelli convenzionali, costituiti dalle popolazioni stellari osservate immerse in un alone sferico di materia oscura, non riescono a riprodurre né la marcata variazione della curva di rotazione con l’altezza rispetto al piano galattico né il campo gravitazionale verticale osservato.
In particolare, i ricercatori hanno trovato che il tradizionale alone sferico contribuisce molto poco alle forze gravitazionali misurate nella regione interna del disco galattico. Al contrario, le osservazioni trovano una spiegazione naturale se una frazione significativa della materia oscura è concentrata in una struttura appiattita allineata con il disco della Via Lattea.
«I nostri risultati indicano che la geometria della materia oscura potrebbe essere molto diversa da quella prevista dal quadro standard», afferma il Prof. Roberto Capuzzo-Dolcetta. «I modelli nei quali la materia oscura è distribuita in una configurazione a disco forniscono un accordo significativamente migliore con le osservazioni. Se questi risultati saranno confermati dai dati futuri, potranno avere importanti conseguenze per la nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione delle galassie.»
Lo studio sfrutta la precisione senza precedenti di Gaia, che ha misurato posizione e moto di oltre un miliardo di stelle della Via Lattea. Nella regione analizzata, le velocità stellari sono determinate con incertezze inferiori al 5%, rendendo possibile uno dei test più rigorosi mai effettuati della distribuzione di massa della nostra Galassia.
I risultati non rivelano direttamente la natura della materia oscura, ma suggeriscono che la sua distribuzione spaziale all’interno delle galassie possa essere significativamente diversa da quella prevista dal modello cosmologico standard. Se confermati, essi potrebbero avere profonde implicazioni per i modelli di formazione galattica e per gli sforzi in corso volti a identificare la natura fisica della materia oscura.
Una conseguenza particolarmente importante dell’analisi è che i modelli con una distribuzione appiattita della materia oscura richiedono una quantità di massa oscura sostanzialmente inferiore rispetto ai tradizionali modelli con alone sferico. Nella regione della Via Lattea esplorata dai dati di Gaia, la componente oscura inferita è pari a circa il doppio della massa visibile, mentre i modelli standard con alone sferico richiedono tipicamente una quantità di materia oscura circa dieci volte superiore alla massa osservabile. Questo riduce in modo significativo la quantità di materia invisibile necessaria per spiegare il campo gravitazionale misurato.
I risultati riaprono quindi la questione se almeno una parte della componente oscura della Via Lattea possa essere costituita da materia ordinaria barionica, estremamente difficile da osservare, anziché essere interamente composta da particelle esotiche non barioniche come previsto dal paradigma standard. Sebbene il presente studio non fornisca una risposta definitiva a questa domanda, mostra che i vincoli osservativi sulla quantità e sulla distribuzione della materia oscura sono più flessibili di quanto generalmente ritenuto.
I ricercatori sottolineano che le future pubblicazioni dei dati di Gaia, insieme alle prossime grandi survey astronomiche, consentiranno misure ancora più precise del campo gravitazionale della Via Lattea e forniranno test decisivi tra modelli alternativi. «Stiamo entrando in un’epoca in cui la geometria della materia oscura può essere misurata direttamente attraverso le osservazioni», conclude Sylos Labini. «La prossima generazione di dati di Gaia ci permetterà di stabilire con molta maggiore precisione se la materia oscura della nostra Galassia forma un alone sferico, un disco appiattito oppure una struttura ancora più complessa.»
Link all’articolo: https://arxiv.org/abs/2606.12548
Francesco sylos labini 
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