La nostra galassia non sta in piedi

Le stelle della Via Lattea, la galassia a cui appartiene il nostro sistema solare, dovrebbero girare intorno al nucleo centrale con un moto di rotazione in cui vi è equilibrio tra forza centrifuga e centripeta, in maniera simile a come i pianeti girano intorno al Sole. Fin qui tutto giusto se non entrassero in gioco anche le componenti radiale e verticale del moto. È proprio ciò che è risultato dall’analisi di dati satellitari condotta dall’Istituto dei sistemi complessi (Cnr-Isc) che ha permesso di ottenere mappe di velocità, delle stelle della nostra galassia, più estese mettendo in discussione l’ipotesi che esse ruotino con soli moti circolari e rivelando anche moti radiali e verticali di notevole intensità, e grandi differenze nella velocità di rotazione. Questi risultati sono stati oggetto, nel 2018, di una pubblicazione sulla rivista scientifica Astronomy and Astrophysics. Francesco Sylos Labini, al tempo ricercatore del Cnr-Isc e oggi dirigente di ricerca del Centro ricerche Enrico Fermi (Cref), era tra gli autori della pubblicazione e ci spiega: “In questi anni la missione Gaia, un satellite dell’Agenzia spaziale europea progettato per indagare origine, evoluzione e struttura della Via Lattea, sta compiendo misurazioni astrometriche di altissima precisione, determinando la posizione di oltre un miliardo di stelle. Questo ha permesso di pubblicare il più grande e accurato censimento di informazioni quali posizioni, velocità e altre proprietà stellari. In particolare, è ora possibile esplorare lo spazio delle fasi (posizioni e velocità) di oltre sei milioni di stelle nel disco della Via Lattea. I moti osservati stanno inducendo un ampio cambiamento della morfologia su tempi rilevanti da un punto di vista astrofisico della Via Lattea, che è evidentemente lontana da una configurazione stazionaria in equilibrio rotazionale”.

Questi risultati mettono quindi in dubbio l’ipotesi della stazionarietà, basilare nella dinamica stellare, e la modellazione del disco galattico come un sistema simmetrico rispetto all’asse di rotazione e indipendente dal tempo. “Da un punto di vista della teoria di formazione della galassia questa scoperta apre nuove e affascinanti sfide, dove la dinamica dei sistemi fuori dall’equilibrio dovrà giocare un ruolo chiave. Per comprendere gli effetti dinamici prodotti da diversi meccanismi che possono spiegare le componenti radiali e verticali della velocità misurate nelle mappe cinematiche estese, abbiamo utilizzato sia metodi analitici che simulazioni numeriche. In particolare, l’obiettivo è stato quello di comprendere se le principali caratteristiche osservate possano essere spiegate in termini di modelli di equilibrio o fuori dall’equilibrio. La conclusione è che solo i secondi possono essere compatibili con le osservazioni. Rimane aperto il problema se la non stazionarietà è dovuta a perturbatori esterni (come galassie satelliti) o al fatto che il disco galattico non abbia avuto il tempo, dalla sua formazione, di raggiungere l’equilibrio. Per discernere tra queste diverse ipotesi è necessario uno studio dello spazio delle fasi del disco galattico che è attualmente in considerazione”.

I nuovi studi seguiranno quindi questa direzione e nuovo progetto è già in fase di sviluppo con l’analisi del nuovo data release del satellite Gaia prevista per la primavera del 2022: “Un aspetto complementare a questo studio riguarda le correzioni all’equazione di Jeans, che lega la stima massa alla misura della velocità di rotazione nel caso in cui il disco sia in uno stato stazionario, introdotte dal fatto che la Via Lattea mostra deviazioni da una situazione in cui c’è una simmetria come un disco circolare  e dall’equilibrio stazionario. Usando simulazioni numeriche si è dunque trovato che l’equazione di Jeans porta a sovrastimare la massa nel caso in cui le velocità radiali sono consistenti. In particolare, si è trovata una relazione che lega la sovrastima della massa all’ampiezza della velocità radiale relativa a quella rotazionale”.

Alessia Cosseddu (Almanacco della Scienza CNR, 1 settembre 2021)