La galassia Nube è la macchia diffusa al centro dell'immagine

Nube: una possibile manifestazione della meccanica quantistica su scala galattica

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Nube è una galassia nana quasi invisibile. La sua luminosità è 10 volte inferiore a quella delle galassie del suo tipo, ed è passata inosservata nei vari mappaggi precedenti di quella parte del cielo, come se fosse un fantasma. Fino a quando le immagini multicolore ultra-profonde del Gran Telescopio delle Canarie (GTC) hanno confermato che quella macchia non era un errore fotografico, ma un oggetto estremamente diffuso.

Ci sono molte cose eccezionali in Nube, ma la più intrigante è che non potrebbe esistere se la materia oscura che contiene fosse quella che conosciamo finora. Nube potrebbe essere spiegata solo se ampliamo il ventaglio delle possibilità, e potrebbe essere una splendida dimostrazione dell’effetto della meccanica quantistica.

Immagini ottenute da Nube nelle mappature precedenti e infine con le GTC. IAC, CC BY

La stranezza

A causa della sua bassa luminosità è molto difficile determinare la distanza a cui si trova Nube. Con le osservazioni del Green Bank Telescope (GBT, negli USA) stimiamo che potrebbe trovarsi a circa 300 milioni di anni luce, anche se nuove osservazioni con il Very Large Array Telescope (VLA) e il William Herschel Telescope cercheranno di confermare se questa distanza è corretta.

Localizzare la posizione esatta di Nube è un passo molto importante, poiché le proprietà che misuriamo per questa galassia dipendono dalla distanza a cui si trova.

Nube è tre volte più dispersa di altri oggetti con un numero uguale di stelle. Misura un terzo della Via Lattea, ma con una massa simile alla Piccola Nube di Magellano (400 milioni di stelle). In genere, le galassie hanno una densità di stelle molto maggiore nelle parti interne che si riduce rapidamente man mano che ci si allontana dal centro. Tuttavia, la densità di stelle di Nube varia a malapena in tutta la sua estensione, e questa è la principale stranezza.

Sebbene ci siano vari modi per spiegare come una galassia può finire per essere più dispersa rispetto a quando si è formata, nessuno di questi scenari è in grado di spiegare Nube. In altre parole, non sappiamo come sia possibile che una galassia con queste caratteristiche così estreme possa esistere, a meno che… A meno che la materia oscura di Nube non sia ciò che finora intendiamo per materia oscura.

Sfida al modello attuale di materia oscura

L’universo ci racconta che la materia oscura è composta da particelle massive che interagiscono molto debolmente tra loro. Tuttavia, ci è molto difficile studiarla poiché non può essere vista, non emette alcuna luce. Gli scienziati cercano questa strana sostanza da decenni, e ancora non sappiamo quali particelle la compongano. È uno di quei grandi enigmi cosmologici che forse si risolverà tra qualche decennio. Questa spiegazione, che sia composta da particelle con scarse interazioni tra loro, si adatta al fatto che le stelle e il gas si concentrino man mano che la galassia evolve, ma è esattamente il contrario di quanto accade in Nube. Quindi Nube è un’anomalia. Le simulazioni cosmologiche non sono in grado di riprodurre le sue “caratteristiche estreme” nemmeno ipotizzando diversi scenari.

Non resta altro: dobbiamo ampliare il modello ad altre possibili materie oscure. Bisogna cercare in altri campi per immaginare una spiegazione per Nube.

Materia oscura diffusa?

C’è una possibilità, molto interessante, ed è che le proprietà inusuali di Nube ci indichino che le particelle che compongono la materia oscura non siano massive, ma esattamente il contrario. È possibile che abbiano una massa ridicolmente piccola, che sia materia oscura ultraleggera, composta da ipotetici assioni, che stiamo anche cercando.

Saremmo di fronte a materia oscura diffusa o fuzzy dark matter. E da qui, questa spiegazione finale è quella che ci porta alla meccanica quantistica.

Lunghezze d’onda delle dimensioni di una galassia

Potremmo pensare che la materia oscura sia costituita da particelle quantistiche che mostrano comportamenti tipici delle onde. Quanto più piccole sono queste particelle, tanto maggiore è l’onda che descrivono. Poiché stiamo parlando di particelle molto, molto, molto piccole, incredibilmente piccole, la loro lunghezza d’onda potrebbe essere grande quanto una galassia.

Le simulazioni di questo tipo di materia oscura mostrano che questo comportamento d’onda crea una struttura quasi piatta nel centro della galassia. Questo potrebbe spiegare perché le stelle di Nube si distribuiscono come fanno.

Se fosse così, la struttura centrale così insolita di Nube sarebbe la manifestazione delle proprietà di questa particella quantistica, ma su scala galattica.

Se l’ipotesi venisse confermata, si unificherebbe il mondo del più piccolo con il più grande. E allora, Nube sarebbe una delle più belle dimostrazioni della natura.