La distribuzione di massa dentro e attorno al Gruppo Locale

La forma nascosta del nostro quartiere cosmico

Quando alziamo lo sguardo verso il cielo notturno, è facile immaginare che le galassie intorno a noi siano sparse nello spazio in modo casuale. Eppure il nostro quartiere cosmico, la regione dominata dalla Via Lattea e dalla galassia di Andromeda, nasconde una struttura sorprendente che ha lasciato perplessi gli astronomi per decenni. Questo articolo esplora come la materia invisibile sia disposta attorno al Gruppo Locale e mostra che il nostro angolo dell’Universo non è approssimativamente sferico, come si credeva una volta, ma allungato in un vasto e sottile “pavimento” cosmico circondato da enormi regioni vuote.

Perché i moti delle galassie sembravano inspiegabilmente calmi

Gli astronomi possono stimare la massa del Gruppo Locale solo in modo indiretto, perché la maggior parte della sua massa è materia oscura che non emette luce. Per oltre mezzo secolo, un metodo chiave ha trattato la Via Lattea e Andromeda come due corpi che sono partiti insieme nel Big Bang e da allora sono stati attratti l’uno verso l’altro dalla gravità. Questo approccio del “timing” suggerisce che insieme contengano diversi trilioni di volte la massa del Sole, più di quanto si veda nelle loro stelle e nel gas. Una tecnica molto diversa guarda a come le galassie vicine si allontanano da noi con l’espansione dell’Universo. In genere, massa supplementare dovrebbe perturbare in modo evidente questo flusso verso l’esterno. Invece, le osservazioni mostrano un’espansione sorprendentemente regolare e “tranquilla” attorno al Gruppo Locale, con solo piccole deviazioni rispetto alla generale espansione di Hubble, apparentemente in contrasto con le stime di massa elevate.

Costruire universi digitali che assomigliano al nostro

Per risolvere questa tensione, gli autori hanno creato dettagliate simulazioni al computer di possibili Universi che obbediscono al modello cosmologico standard, in cui materia oscura fredda ed energia oscura plasmano la struttura cosmica. Usando un sofisticato framework statistico chiamato BORG, hanno generato molti set di condizioni iniziali che, evolvendosi nel tempo, producono un Gruppo Locale molto simile a quello reale. La Via Lattea e Andromeda simulate raggiungono le masse, le posizioni e il moto relativo corretti, e i moti di 31 galassie vicine scelte con cura corrispondono alle loro velocità di recessione misurate. Queste simulazioni vincolate, affinate con corse successive ad alta risoluzione, costituiscono un insieme di 169 “gemelli digitali” del nostro quartiere cosmico.

Un vasto pavimento di materia oscura e bolle vuote gigantesche

Quando i ricercatori hanno esaminato la distribuzione combinata della materia in queste simulazioni è emersa un’immagine chiara: la massa vicino al Gruppo Locale non è disposta come una palla approssimativamente rotonda, ma come un foglio appiattito che si estende per almeno 10 milioni di anni luce. All’interno di questo piano, la densità di materia è circa il doppio della media cosmica, e in realtà cresce muovendosi per alcuni milioni di anni luce lontano dal Gruppo Locale. Sopra e sotto il foglio si trovano regioni profondamente sottodense — vuoti cosmici — dove la materia è solo circa un quarto o un terzo della densità media. Questa disposizione rispecchia da vicino caratteristiche note tracciate dalle galassie visibili, come la cosiddetta Local Sheet e i vuoti vicini, mostrando che la luce delle galassie segue in ampio grado dove si trova la materia oscura nascosta su queste scale.

Come una disposizione piatta della massa calma il flusso cosmico

Questa geometria a foglio si rivela la chiave per il puzzle dell’espansione locale tranquilla. In una distribuzione di massa sferica, la forza esercitata su una galassia a una certa distanza dipende quasi interamente da quanta massa giace all’interno della sua orbita. Aggiungere altra massa da qualunque parte aumenterebbe solo la trazione verso l’interno e disturberebbe più fortemente il flusso di Hubble. In un foglio piatto, invece, la massa collocata più lontano nel piano esercita forze laterali che annullano parzialmente la trazione verso l’interno sulle galassie più vicine al centro. Le simulazioni mostrano che le galassie sopra e sotto il foglio cadono fortemente verso di esso, mentre quelle all’interno del foglio si spostano solo delicatamente verso il Gruppo Locale entro circa 2,5 megaparsec e vengono in realtà spinte verso l’esterno a distanze maggiori. Nel complesso, i moti casuali restano molto piccoli, ancora più piccoli di quanto suggerivano le osservazioni, eppure la massa totale della Via Lattea e di Andromeda rimane elevata e compatibile con le stime del timing.

Che cosa significa per il nostro posto nell’Universo

Questo lavoro dimostra che non è necessario abbandonare l’immagine standard di un Universo pieno di materia oscura fredda ed energia oscura per spiegare il calmo flusso di Hubble intorno a noi. Il presunto conflitto tra potenti aloni galattici e una tenue espansione locale scompare una volta che riconosciamo che la massa attorno al Gruppo Locale è sagomata come un sottile foglio esteso fiancheggiato da grandi vuoti, invece che come una sfera. Gli autori prevedono che i moti debbano essere fortemente direzionali, con un’afflusso particolarmente rapido dalle regioni sottodense sopra e sotto il foglio — un effetto che è stato poco testato perché poche galassie conosciute tracciano queste regioni ad alta latitudine nelle vicinanze. Scoprire più piccole galassie isolate in quelle direzioni fornirà un controllo cruciale su questa architettura appena rivelata della nostra casa cosmica.

Citazione: Wempe, E., White, S.D.M., Helmi, A. et al. The mass distribution in and around the Local Group. Nat Astron 10, 548–553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02770-w

Parole chiave: Gruppo Locale, materia oscura, rete cosmica, flusso di Hubble, dinamica delle galassie