L'impatto della Materia Oscura "Tiepida" sulle eta' delle galassie
Secondo il paradigma cosmologico attualmente accettato, l'Universo e' dominato da una cosiddetta Materia Oscura Fredda (Cold Dark Matter) e da una Energia Oscura (lo scenario Λ-CDM). Le strutture piu' piccole sarebbero le prime a collassare e successivamente formerebbero le strutture piu' grandi tramite interazione e fusione. Sebbene questo paradigma sia in grado di spiegare diverse evidenze osservative, soprattutto sulle proprieta' dell'Universo su larga scala, mostra ancora dei problemi su scale galattiche e sub-galattiche. Alcuni di questi problemi sono legati a un eccesso di strutture di piccola scala in modelli Λ-CDM rispetto alle osservazioni. In particolare, simulazioni di formazione delle strutture secondo il modello Λ-CDM predicono un numero di galassie satelliti di galassie piu' grandi, come la Via Lattea, fino a 5-10 volte maggiore di quello osservato. Inoltre, diverse proprieta' fisiche delle galassie non sono facilmente riprodotte in tali simulazioni, come il fatto che le galassie piu' piccole sono dominate da popolazioni stellari piu' giovani rispetto alle galassie piu' grandi.
Mentre questi problemi possono essere dovuti a una comprensione ancora incompleta dei processi fisici che regolano la formazione stellare nelle galassie, possono anche originare dalla storia del collasso e della crescita delle strutture, che e' governata dalla natura della Materia Oscura. In particolare, una materia oscura cosiddetta Tiepida (Warm Dark Matter), i cui costituenti sono particelle piu' leggere e con velocita' maggiori rispetto ai costituenti della materia oscura fredda, produrrebbe una soppressione della crescita di strutture di piccola scala.
Nicola Menci (INAF-Roma) e collaboratori hanno sviluppato un modello che unisce delle prescrizioni sulla fisica del gas e della formazione stellare con la storia di assemblaggio degli aloni di materia oscura in uno scenario Λ-WDM. Con questo modello, e assumendo una massa di 0.75 keV per le particelle della materia oscura tiepida, Menci et al 2012 sono riusciti a riprodurre correttamente l'abbondanza di galassie piccole e deboli osservate oggi.
E' possibile riprodurre anche la relazione osservata tra l'eta' delle popolazioni stellari nelle galassie e la massa delle galassie assumendo una cosmologia Λ-WDM, senza modificare le ricette di formazione stellare? Questa e' la domanda affrontata da Francesco Calura (INAF-Bologna), Nicola Menci (INAF-Roma) e Anna Gallazzi (fellow AstroFIt ad Arcetri) in un articolo recentemente pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, "The ages of stellar populations in a warm dark matter universe".
Gli autori hanno analizzato due simulazioni, con le stesse prescrizioni per la formazione stellare e il riciclo di gas, ma una basata sulla cosmologia Λ-CMD e una basata sulla cosmologia Λ-WDM. Le predizioni sulla relazione tra eta' stellare media e massa delle galassie vengono confrontate con la relazione osservata nell'Universo locale tramite la piu' grande campagna osservativa, la SDSS, in Gallazzi et al 2005. Mentre nella cosmologia Λ-CDM la relazione e' molto piatta, a causa di una formazione troppo rapida di galassie piccole, nella cosmologia Λ-WDM l'eta' delle popolazioni stellari delle galassie diminuisce al diminuire della massa della galassia, come osservato, e la frequenza complessiva di galassie giovani e' anch'essa riprodotta. Anche se miglioramenti nella modellizzazione dei processi fisici che regolano il raffreddamento e il riciclo di gas e la formazione stellare sono ancora necessari per riprodurre in dettaglio le osservazioni, questo lavoro evidenzia l'impatto della formazione di strutture di materia oscura sulla storia di formazione stellare nelle galassie.
A cura di Anna Gallazzi
