Cinematica e dinamica delle galassie

Nel corso del 2025 la nostra attività di ricerca si è articolata lungo due principali linee tematiche: (i) la cinematica e la dinamica della Via Lattea e di alcune galassie esterne irregolari; (ii) lo studio della struttura a larga scala dell’universo. Per quanto riguarda la prima linea, abbiamo analizzato la cinematica della Via Lattea al di fuori del piano galattico, ottenendo nuove indicazioni sulla geometria della distribuzione di massa. Inoltre, abbiamo sviluppato un metodo originale per determinare i campi di velocità bidimensionali e le deformazioni del disco in galassie esterne, applicandolo con successo per ricavare nuovi vincoli sulla loro dinamica interna. Nel secondo ambito, ci siamo concentrati sull’elaborazione di un nuovo metodo statistico per analizzare quantitativamente le anisotropie nella distribuzione di massa su grande scala. Questo approccio è stato applicato con risultati promettenti all’analisi di simulazioni cosmologiche ad N corpi.

Il modello della Materia Oscura Fredda (CDM), il quadro dominante in cosmologia, ipotizza che il 95% della materia dell’universo sia costituito da componenti oscure rilevabili solo indirettamente, principalmente attraverso i loro effetti gravitazionali. Questi effetti includono la cinematica galattica, il lensing gravitazionale e la geometria su larga scala dell’universo. In questo modello circa il 25% della materia dell’universo è ipotizzato essere materia oscura non barionica (DM), circa il 70% è costituito da una forma di energia repulsiva nota come energia oscura (DE), e solo circa il 5% è materia ordinaria barionica (BM).

In particolare, il modello prevede che DM e BM luminosa mostrino proprietà cinematiche e dinamiche distinte, il che significa che le osservazioni della materia luminosa non possono vincolare direttamente quelle della materia oscura. Nonostante decenni di ricerche, non è stata trovata alcuna evidenza diretta dell’esistenza della DM non barionica. Le sue proprietà fisiche ipotetiche sono state ottimizzate a posteriori per garantire la concordanza tra osservazioni e previsioni teoriche del modello. Per quanto riguarda la DE, una misurazione diretta della sua esistenza rimane impossibile. Non intendiamo proporre una nuova teoria che, come gli approcci standard, tenti di spiegare le osservazioni su un vasto intervallo di scale spaziali—dalle galassie nane (≈1–10 kpc) alle strutture più grandi osservabili (≈100–1000 Mpc). Invece, ipotizziamo che il mistero legato alla DM non risieda solo nelle quantità immense richieste, ma anche nell’assunzione che un unico quadro teorico per la DM debba essere necessariamente adatto a spiegare processi fisici diversi su scale spaziali che coprono 5-6 ordini di grandezza. Infatti, un’ipotesi fondamentale dei modelli CDM è che la DM si comporti in modo identico su scale galattiche e cosmologiche, creando una forte connessione fisica tra fenomeni locali e fenomeni su larga scala. Il nostro obiettivo è esplorare se sia possibile sviluppare un quadro teorico che consideri gli effetti legati alla DM in modo diverso a seconda delle scale spaziali, disaccoppiando la dinamica galattica dalle strutture cosmologiche.