La scoperta non può essere spiegata con presupposti classici. Lo studia sotto la guida dell’Università di Bonn
Un team internazionale di astrofisici ha fatto una scoperta sconcertante analizzando alcuni ammassi stellari. L’Università di Bonn ha svolto un ruolo importante nello studio. La scoperta mette in discussione le leggi di gravità di Newton, scrivono i ricercatori nella loro pubblicazione. Le osservazioni sono invece coerenti con le previsioni di una teoria alternativa della gravità. Tuttavia, questo aspetto è controverso tra gli esperti. I risultati sono stati pubblicati nella rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno studiato i cosiddetti ammassi stellari aperti. Questi si formano quando migliaia di stelle nascono in poco tempo in un’enorme nube di gas. Quando si “infiammano”, le nuove arrivate nella galassia spazzano via i resti della nube di gas. Nel processo, l’ammasso si espande notevolmente. Si crea così una formazione libera di alcune decine o migliaia di stelle. Le deboli forze gravitazionali che agiscono tra loro tengono insieme l’ammasso.
“Nella maggior parte dei casi, gli ammassi stellari aperti sopravvivono solo poche centinaia di milioni di anni prima di dissolversi”, spiega il Prof. Dr. Pavel Kroupa dell’Istituto Helmholtz di radiazioni e fisica nucleare dell’Università di Bonn.
Nel processo, perdono regolarmente stelle, che si accumulano in due cosiddette “code mareali”. Una di queste code viene trascinata dietro l’ammasso mentre viaggia nello spazio. L’altra, al contrario, prende il comando come una punta di lancia.
“Secondo le leggi di gravità di Newton, è una questione di fortuna in quale delle due code finisce una stella persa”, spiega il dottor Jan Pflamm-Altenburg dell’Istituto Helmholtz di radiazioni e fisica nucleare.
“Quindi entrambe le code dovrebbero contenere lo stesso numero di stelle. Tuttavia, nel nostro lavoro siamo riusciti a dimostrare per la prima volta che questo non è vero: negli ammassi che abbiamo studiato, la coda anteriore contiene sempre un numero significativamente maggiore di stelle vicine all’ammasso rispetto alla coda posteriore”.
Sviluppato un nuovo metodo per contare le stelle
Finora è stato quasi impossibile determinare tra i milioni di stelle vicine a un ammasso quelle che appartengono alle sue code.
“Per farlo, è necessario esaminare la velocità, la direzione del moto e l’età di ciascuno di questi oggetti”, spiega la dott.ssa Tereza Jerabkova.
La coautrice del lavoro, che ha conseguito il dottorato nel gruppo di Kroupa, si è recentemente trasferita dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) all’European Southern Observatory di Garching. Ha sviluppato un metodo che le ha permesso di contare con precisione le stelle nelle code per la prima volta.
“Finora sono stati studiati cinque ammassi aperti vicino a noi, di cui quattro da noi”, racconta la ricercatrice.
“Quando abbiamo analizzato tutti i dati, abbiamo riscontrato una contraddizione con la teoria attuale. I dati di indagine molto precisi della missione spaziale Gaia dell’ESA sono stati indispensabili per questo”.
I dati osservativi, invece, si adattano molto meglio a una teoria che gli esperti chiamano MOND (“Modified Newtonian Dynamics”).
“In parole povere, secondo la MOND, le stelle possono lasciare un ammasso attraverso due porte diverse”, spiega Kroupa.
“Una conduce alla coda mareale posteriore, l’altra a quella anteriore. Tuttavia, la prima è molto più stretta della seconda, quindi è meno probabile che una stella lasci l’ammasso attraverso di essa. La teoria della gravità di Newton, invece, prevede che entrambe le porte abbiano la stessa larghezza”.
Gli ammassi stellari hanno una vita più breve di quanto previsto dalle leggi di Newton
Il team ha calcolato la distribuzione stellare prevista dalla MOND.
“I risultati corrispondono sorprendentemente bene alle osservazioni”, sottolinea il dottor Ingo Thies, che ha svolto un ruolo chiave nelle relative simulazioni.
“Tuttavia, per farlo abbiamo dovuto ricorrere a metodi di calcolo relativamente semplici. Attualmente non disponiamo di strumenti matematici per analisi più dettagliate della dinamica newtoniana modificata”.
Tuttavia, le simulazioni hanno coinciso con le osservazioni anche sotto un altro aspetto: Hanno previsto quanto a lungo dovrebbero sopravvivere gli ammassi stellari aperti. E questo lasso di tempo è significativamente più breve di quanto ci si aspetterebbe secondo le leggi di Newton.
“Questo spiega un mistero noto da tempo”, sottolinea Kroupa.
“Vale a dire che gli ammassi stellari nelle galassie vicine sembrano scomparire più velocemente di quanto dovrebbero”.
Tuttavia, la teoria MOND non è indiscussa tra gli esperti. Poiché le leggi di gravità di Newton non sarebbero valide in determinate circostanze, ma dovrebbero essere modificate, ciò avrebbe conseguenze di vasta portata anche per altre aree della fisica.
“D’altra parte, questo risolve molti dei problemi che la cosmologia deve affrontare oggi”, spiega Kroupa, che è anche membro delle aree di ricerca transdisciplinari “Modellazione” e “Materia” dell’Università di Bonn.
Il team sta ora esplorando nuovi metodi matematici per ottenere simulazioni ancora più accurate. Queste potrebbero poi essere utilizzate per trovare ulteriori prove della correttezza o meno della teoria MOND.
Istituzioni partecipanti:
Oltre all’Università di Bonn, lo studio ha coinvolto la Charles University di Praga, l’European Southern Observatory (ESO) di Garching, l’Observatoire astronomique de Strasbourg, l’European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) di Nordwijk, l’Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) di Zanjan (Iran), l’University of Science and Technology of China, l’Universidad de La Laguna di Tenerife e l’Università di Cambridge.
