Consideriamo una galassia a disco con miliardi di stelle che formano il disco, che ruota (la galassia di Andromeda nella foto, per fare un esempio ben noto). Possiamo considerare per ciascuna di queste stelle che l’accelerazione centripeta
[1] a’ = v²/R
sia uguale all’accelerazione gravitazionale
[2] a” = G M/R²
quindi da [1] = [2] otteniamo:
[3] v = √(G M/R)
dove v è la velocità locale della sorgente considerata, R è la sua distanza dal centro galattico, G è la costante gravitazionale, M è la massa totale contenuta nel raggio R (che determina l’attrazione gravitazionale).
Misurare le velocità di rotazione delle galassie è relativamente facile, se non le si osserva frontalmente, e si osserva generalmente che in tutto il disco le velocità di rotazione delle sorgenti (stelle ma anche nubi di gas) sono pressoché costanti. Pertanto, dalla relazione [3] segue che la massa M deve aumentare in proporzione al raggio R , poiché G è una costante. Infatti, la massa contenuta nel raggio R aumenta all’aumentare di R, ma quanto si osserva non è sufficiente a giustificare il valore costante di v . Queste considerazioni portano all’ipotesi che esista una sostanza di natura invisibile e non barionica (cioè non costituita da protoni e neutroni, che non vengono rilevati) che si manifesta solo attraverso il comportamento gravitazionale, che viene chiamata materia oscura (dark matter).
Fotografia elaborata di M31, Andromeda. Non è stato possibile ottenere l’autore della bellissima fotografia.
