Le galassie nascondono una pizza cosmica? Perché le curve di rotazione sono piatte

Quando osserviamo le galassie, notiamo che le stelle girano più veloce di quanto la gravità di Newton prevedrebbe. Per decenni gli astronomi hanno attribuito questo “extra” alla materia oscura, una sostanza invisibile che avvolge le galassie. Un nuovo studio propone un’alternativa: la massa e il raggio delle galassie crescono col tempo, e questo accrescimento modifica la gravità su scala galattica.\n\nIl risultato è una velocità di accelerazione caratteristica, a₀ ≈ c·H₀/(2π) ≈ 10⁻¹⁰ m s⁻², che segna il punto in cui le curve di rotazione si allontanano dal comportamento kepleriano. Non serve introdurre nuove particelle né riscrivere le leggi di Newton; basta collegare l’energia cosmica al tempo dell’universo.\n\nIl modello parte dall’uguaglianza tra densità energetica dell’universo e valore critico, e dall’identificazione dell’età cosmica con l’inverso del parametro di Hubble. Questo porta a una “condizione a energia zero” per il fluido cosmico, con implicazioni per la comprensione dell’energia oscura senza ricorrere a una costante cosmologica.\n\nIn più, la teoria riesce a conciliare il successo dei modelli di materia oscura fredda (CDM) nella formazione delle strutture a redshift elevati (z≈6) con la scoperta di oggetti massicci a z>10. I risultati favoriscono scenari in cui tempo cosmico ed energia sono fortemente accoppiati, aprendo una nuova via di spiegazione oltre CDM e MOND.

Il modello proposto si basa su una formulazione della dinamica cosmica in cui l’energia totale dell’universo è nulla: ρ_tot = ρ_c, con ρ_c = 3H²/(8πG). Impostando t = H⁻¹, si ottiene una relazione diretta tra densità energetica e tempo cosmico, che porta a una equazione di stato p = -ρ/3 per il fluido cosmico. Questa condizione a energia zero implica che l’espansione accelerata non richieda una costante cosmologica Λ, ma nasce naturalmente dal bilanciamento tra energia cinetica di espansione e energia potenziale gravitazionale.\n\nNel contesto galattico, la crescita di massa M(t) e raggio R(t) è modellata come M ∝ t^α e R ∝ t^β, con α≈β≈1. L’accelerazione centripeta a = v²/R diventa a(t) = G M(t)/R(t)² ∝ t^{α-2β}. Per α≈β, a(t) rimane quasi costante, corrispondente all’accelerazione a₀ osservata. Questo spiega le curve di rotazione piatte senza introdurre un halo di materia oscura.\n\nIl framework è compatibile con le simulazioni CDM perché, a redshift elevati (z≈6), la crescita rapida delle strutture è ancora dominata dalla gravità tradizionale. Tuttavia, a redshift molto più alti (z>10), l’accoppiamento tempo‑energia amplifica la massa apparente, consentendo la formazione di oggetti massivi in tempi brevi, come osservato da JWST.\n\nInfine, il modello prevede che a₀ sia legata alla costante di Hubble attuale, a₀ ≈ cH₀/(2π). Questa relazione universale suggerisce che l’accelerazione di transizione sia una proprietà fondamentale del tessuto spazio‑tempo, piuttosto che un effetto locale di particelle sconosciute. La verifica sperimentale richiederà misurazioni precise delle curve di rotazione a diverse epoche cosmiche, per testare la dipendenza temporale prevista.