Astronomia, Parte Terza: Le Galassie

Dopo aver visto come nascono e muoiono le stelle, di cosa sono fatte e come vengono catalogate, andiamo a vedere come esse si raggruppano formando strutture complesse, le galassie. Tutte le stelle che vediamo nel cielo notturno appartengono ad un’unica galassia. Sicuramente avrete già sentito parlare più volte della “Via Lattea”, in una notte buia la si può osservare nel cielo come un fascio di luce chiara che da nord-est va a ovest attraversando la volta celeste.

 

Possiamo vederne solo una parte perché anche noi siamo all’interno, quello che osserviamo è solo una zona di un braccio di spirale. Il centro “galattico”, dalla nostra posizione, si trova nella costellazione del Sagittario, ma  non è purtroppo visibile perché offuscato da enormi quantità di gas e polveri che non permettono alla luce di penetrarvi. Ora, se dobbiamo dare una definizione, diciamo che una galassia è un insieme di stelle, ammassi stellari, nubi, gas e polveri legati tra loro dalla forza di gravità e orbitanti attorno ad un nucleo centrale. Le galassie sono oggetti dalle vastissime dimensioni, che variano dalle più piccole galassie nane, contenenti poche decine di milioni di stelle, sino alle più imponenti galassie giganti, che arrivano a contare al loro interno anche mille miliardi di stelle, tutte orbitanti attorno ad un comune centro di massa e tenute insieme dalla mutua forza di gravità. Se pensiamo che nella nostra galassia ci sono più di 100 miliardi di stelle e che nell’Universo esistono oltre 100 miliardi di galassie…ecco un buon modo per farci venire il mal di testa. Si può benissimo affermare che ci sono più stelle nel cielo che granelli di sabbia sulla terra.

Tipi di galassie

Scopriamo come sono strutturate le galassie, che a seconda dalla loro forma sono suddivise in:

  • galassie ellittiche, di forma appunto ellittica. Non mostrano una struttura interna rilevante e in esse la maggior parte delle stelle si trova addensata intorno al centro della galassia, non presentano nubi di gas e polveri e stelle giovani al loro interno. Da queste caratteristiche ne deduciamo che sono sistemi stellari vecchi e non più “attivi”.
  • galassie a spirale e a spirale barrata, entrambe a forma di disco, simili a grandi girandole luminose, in cui, da un brillante nucleo centrale si dipartono lunghi bracci a spirale. In esse si alternano regioni luminose (dovute a un maggior addensamento di stelle) e regioni oscure, in cui sono presenti nubi di gas e polveri. Queste strutture sono tra le più comuni e dinamiche nell’Universo e sono ulteriormente suddivise in tre sottogruppi, con cui si indicano le differenti dimensioni del nucleo. Le galassie a spirale barrata sono simili alle galassie a spirale ma con nucleo a forma di barra, dai cui estremi partono i bracci.
  • galassie lenticolari, sono un incrocio tra le ellittiche e le spirali. Hanno un disco come le spirali ma esso non contiene materiale interstellare e proprio come le ellittiche contengono stelle molto vecchie.
  • galassie irregolari, di forma non ben definita, di solito piccole e poco luminose. Qui si trovano stelle di recente formazione, di colore blu e dalle dimensioni estese. Gli esempi più noti di galassie irregolari sono la Grande e la Piccola Nube di Magellano.

Ammassi aperti e globulari

All’interno delle galassie, le stelle si trovano spesso legate in gruppi dalla reciproca forza di gravità. Abbiamo visto che da una nebulosa non nasce solo una stella ma spesso diverse unità. Chiamiamo ammassi aperti quelle stelle relativamente vicine, nate cioè dalla stessa nebulosa. Si tratta spesso di gruppi non troppo numerosi di stelle giovani di color blu (ad esempio le Pleiadi nella costellazione del Toro, visibili ad occhio nudo) che si trovano lungo i bracci di spirale delle galassie. In questi gruppi di stelle, visto il numero esiguo, la gravità non è così forte da tenerli per sempre vicini; un giorno queste stelle si distanzieranno tra loro per l’attrazione gravitazionale delle galassie. Gli ammassi globulari invece contengono un numero ancor più elevato di stelle (fino ad oltre 1 milione), essi sono costituiti da un insieme sferoidale di stelle della prima generazione, formatesi più di 12 miliardi di anni fa, che orbitano come satelliti attorno al nucleo di una galassia, in una zona chiamata “alone galattico”. I globulari hanno un enorme importanza visto che sono considerati dei veri e propri “reperti fossili” e attraverso il loro studio si è riusciti a mappare sia il centro galattico che l’età della nostra galassia.

Gruppi e ammassi di galassie

La maggior parte delle galassie osservate non sono oggetti isolati nello spazio, ma sono sistemi legati tra di loro dalla reciproca attrazione gravitazionale, denominati gruppi e ammassi di galassie. I gruppi di galassie sono sistemi che contengono un numero esiguo di galassie. I gruppi vengono studiati con molta attenzione per via delle interazioni che spesso avvengono tra galassie vicine, come ad esempio le collisioni. La Via Lattea appartiene al “Gruppo Locale”, un piccolo ammasso di una trentina di galassie per lo più “nane”. Per dimensioni, la nostra galassia si colloca al secondo posto dopo la galassia di Andromeda. In genere, le galassie più grandi tendono ad avere un certo numero di piccole galassie satelliti, solitamente irregolari o ellittiche. Oltre ai gruppi esistono anche gli ammassi di galassie che contengono un numero ancor più elevato di galassie, fino a 1000 per ogni ammasso. Gli ammassi sono molto utili per tracciare la struttura dell’Universo in grande scala. Il nostro Gruppo Locale fa parte del Superammasso della Vergine.

 

La rotazione orbitale

Veniamo alla rotazione: tutti i componenti di una galassia (stelle, sistemi planetari, ammassi, nubi, gas, ecc..) non stanno fermi ma ruotano per via della forza di gravità intorno ad un centro di massa comune (centro galattico) su di un piano, detto “piano galattico”. Nelle galassie a spirale, in particolar modo, i movimenti sono più dinamici e delineati: le stelle che si trovano nel disco seguono orbite quasi circolari sul piano del disco della galassia, la velocità cresce con la distanza dal centro, raggiunge un massimo e poi decresce gradualmente; gli ammassi globulari e gli altri elementi contenuti nell’alone invece seguono orbite più ellittiche ed indipendenti rispetto al disco stesso. Questi però non sono gli unici movimenti nell’Universo, vediamo gli altri. Le galassie non ruotano soltanto attorno ad esse ma si muovono nello spazio; abbiamo detto che il Sole e le altre stelle ruotano attorno al centro della Via Lattea ma a sua volta la Via Lattea ruota attorno al centro del Gruppo Locale e allo stesso modo il gruppo locale ruota attorno al centro del Superammasso della Vergine. Sembra di assistere ad un “giro giro tondo” su scala universale.

La Via Lattea

Il nome Via Lattea deriva dal fatto che, nel cielo notturno, essa appare come una fascia biancastra e debolmente luminosa che attraversa il cielo. Gli antichi la chiamavano la “via del latte” non comprendendo cosa fosse esattamente. Nel diciassettesimo secolo Galileo Galilei fu il primo a scoprire che la Via Lattea in realtà era un agglomerato di stelle. Oggi sappiamo che la nostra è una galassia a spirale (leggermente barrata) contenente oltre 100 miliardi di stelle ed ha cominciato a formarsi circa 12 miliardi di anni. Contiene 4 sottili bracci di materia ruotanti lentamente attorno a un nucleo centrale rigonfio (con diametro di circa 10 mila anni luce), contornato da vecchie stelle e di ammassi globulari di stelle. Il diametro massimo della galassia è talmente ampio che si stima che la luce impieghi circa 100 mila anni per attraversarla da un estremo all’altro. Il nucleo centrale (detto bulge) è attraversato da una struttura simile ad una barra ed è composto da stelle ed ammassi stellari la cui nascita sembra risalire al periodo di formazione della stessa galassia. Attorno il nucleo c’è un disco dalla forma schiacciata, detto “disco galattico”, che si estende su un piano attorno al centro galattico. Il disco contiene i bracci a spirale, inoltre in questa zona si trovano le stelle di Popolazione I, quelle più giovani che hanno riciclato i materiali espulsi da stelle precedenti e che come tali sono ricche di elementi pesanti. Vicino al nucleo sono invece presenti stelle vecchie, quelle cosiddette di Popolazione II o di prima generazione e quindi molto povere di metalli, in una sorta di sfera (l’alone galattico visto prima) che avvolge il bulge. Come detto in precedenza nell’alone troviamo gli ammassi globulari e altri tipi di stelle volto vecchie. Dopo aver visto com’è strutturata la nostra galassia non spaventatevi, guardate una sua foto e la troverete un po’ più familiare, se ciò non bastasse faccio un esempio che può aiutare a comprenderne meglio la struttura. Paragoniamo per un attimo la nostra Via Lattea ad una grande città: il centro di una metropoli è maggiormente popolato, ci sono più case, grattacieli, condomini, auto, gente, incidenti, ecc…Dunque il centro è molto caotico, come pure lo è il centro galattico, composto dal nucleo e dall’alone; qui troviamo le stelle più vecchie di color rosso e i globulari. Man mano che ci si allontana dal centro diminuisce il caos: troviamo villette a schiera, case indipendenti di nuova costruzione e meno traffico; in periferia quindi si vive molto meglio. Il disco galattico è come la periferia di una metropoli, troviamo un numero decisamente inferiore di stelle ed esse sono per lo più di giovane formazione, non si verificano grossi “incidenti” per il semplice fatto che la distanza tra le stelle è molto ampia. Riepiloghiamo brevemente com’è composta la Via Lattea: nucleo rigonfio che si trova al centro – disco con i bracci a spirale si trova intorno – alone galattico a forma sferica che avvolge il nucleo e il disco.

Voi siete qui

Questa è una scritta che vediamo spesso nelle mappe dei centri commerciali, usata per indicare ai clienti in quale zona dello stabile si trovano, allo stesso modo abbiamo mappato la nostra galassia per conoscere il nostro esatto punto nel cosmo. Un tempo l’uomo credeva che il Sole fosse al centro dell’Universo, al giorno d’oggi sappiamo che quelle di allora erano solo “manie di grandezza” derivate da scarse conoscenze. Il nostro sistema solare è solo un piccolissimo punto sul disco galattico verso la periferia, molto lontano dal centro. Insieme alle altre stelle e alle nubi di gas e polvere, il Sole ruota attorno al centro della galassia e fa un giro completo ogni 225 milioni di anni, andando alla velocità di circa 250 chilometri al secondo. Ci troviamo in uno dei bracci a spirale, precisamente nel braccio di “Orione ”, ed è un bene che il Sole si trovi più esternamente rispetto al centro galattico perché in quella zona le attrazioni gravitazionali sono maggiori data la cospicua concentrazione stellare e per questo motivo i fenomeni che avvengono sono molto pericolosi. Noi siamo molto fortunati, ci troviamo in una zona della galassia definita “abitabile”, ne troppo vicini al centro ne troppo all’esterno. Prima abbiamo paragonato la Via Lattea ad una città, dunque noi non ci troviamo al centro ma in periferia e in questa zona vive più tranquilli no? Vi è meno traffico, aria più pulita e meno caos…davvero un gran bel posto in cui stare.

 

La galassia di Andromeda

Perfettamente visibile ad occhio nudo nel periodo autunnale nei nostri cieli, situata nella omonima costellazione, basta un piccolo binocolo per scorgerne il nucleo: è la galassia di Andromeda, la nostra “coinquilina”, si trova anch’essa nel cosiddetto Gruppo Locale a circa 2,5 milioni di anni luce di distanza da noi. Come la Via Lattea, Andromeda è una galassia a spirale ma dalle dimensioni maggiori e secondo studi recenti questa galassia potrebbe contenere un numero di stelle decisamente superiore alla nostra. Da sempre Andromeda ha affascinato studiosi, astronomi e astrofotografi di tutto il mondo per diversi motivi, inoltre essa è assai fotogenica, tanto bella quanto pericolosa. C’è infatti un problema ma che non ci riguarda da vicino: tra circa 4 miliardi di anni la Via Lattea e Andromeda si scontreranno. Visto dal di fuori sarà uno spettacolo unico, anche se non si tratta di un processo veloce, peccato non potervi assistere dall’esterno, magari seduti in poltrona sgranocchiando pop-corn….ok torniamo a noi, dalla collisione si formerà una enorme “super-galassia”, molto probabilmente di tipo ellittico. Come detto in precedenza è scarsamente probabile che le stelle delle 2 galassie entrino effettivamente in contatto poiché esse sono molto più piccole delle loro distanze medie. Gli scontri non sono una novità, accadono di frequente, in questo caso la galassia più grande ingloba la più piccola, una specie di cannibalismo cosmico. Sappiamo per certo che in passato la Via Lattea ha “divorato” galassie più piccole scontratesi con essa e succederà ancora in futuro.

 

Galassie attive e buchi neri

Alcune tra le galassie osservabili sono classificate come galassie attive. Una galassia attiva è una galassia dove una parte dell’energia viene emessa da oggetti diversi dai suoi normali componenti (tipo stelle, polveri e gas interstellare). Le galassie attive emettono una luminosità maggiore di una galassia normale, cosa che non si può spiegare con la sola energia emessa dalle stelle che le compongono. Quale può essere allora la fonte di questa energia? I moderni telescopi hanno rivelato che molte galassie a spirali ospitano al loro centro dei buchi neri di grande massa, che possono superare il miliardo di masse solari. È noto che sia le galassie ellittiche sia le spirali contengano questi oggetti ancora poco noti ma dalla forza di gravità senza eguali; addirittura molti astronomi ritengono che tutte le grandi galassie contengano un buco nero di grande massa nel proprio nucleo. Se un buco nero sta al centro di una galassia interagisce con le stelle, gas e materia vicine a lui; a  volte ne “divora” talmente tante che deve espellere la materia in esubero sotto forma di energia, questa energia finisce nello spazio lungo un doppio getto che si diparte dal nucleo galattico; questo fenomeno è detto “Quasar”. Sappiamo che la nostra Via Lattea ospita un buco nero (chiamato Sagittarius A e che emette forti segnali radio) la cui massa è milioni di volte maggiore di quella tipica di una stella e la sua enorme attrazione gravitazionale si fa sentire soprattutto nelle zone centrali. Ricordiamoci che un buco nero è lo stadio finale di una stella massiccia dopo che il suo enorme nucleo è collassato su se stesso, per questo motivo è un oggetto densissimo e capace di esercitare un’attrazione gravitazionale fuori dal comune. Si può anche definire come una regione deformata di spazio dove le regole dello spazio e del tempo (come noi le conosciamo) si annullano…meglio starne alla larga quindi.

 

Materia Oscura

Gli scienziati si interrogano ancora per comprendere quale sia la vera forza che tiene legate le stelle in galassie e le galassie in ammassi. La sola forza di gravità o i buchi neri al centro delle galassie secondo loro non sarebbe sufficiente nella formazione di queste strutture, in pratica la forza di gravità di tutta la materia presente nelle galassie non basterebbe per tenerle unite. Ma allora chi svolgerebbe il ruolo di “collante” spaziale? Secondo alcune teorie recenti questa forza è imputabile alla “Materia Oscura”. Già la parola stessa non promette nulla di buono, sappiamo davvero poco su come opera e di cosa è fatta. La materia che conosciamo e di cui siamo fatti è in grado di emettere quella che viene definita come “radiazione elettromagnetica”: essa è un “mezzo di trasporto” dell’energia da un punto all’altro dello spazio. La Materia Oscura invece, non emettendo radiazioni, non può essere vista dagli attuali strumenti che abbiamo in possesso. Si presume quindi che sia fatta di particelle differenti rispetto alla materia visibile ma gli scienziati sono certi della sua esistenza per le interazioni che esercita sulle galassie e sugli ammassi. So che è un argomento controverso, è già difficile per gli scienziati trovare una spiegazione plausibile, figuriamoci per noi. La Materia Oscura sarebbe nata con il Big-Bang e sarebbe tra le maggiori responsabili dell’attuale struttura dell’intero Universo. Rappresenta dunque l’impalcatura delle galassie, che sono disposte come se ci fosse esternamente a esse una ragnatela. Guardando le immagini scattate dal telescopio spaziale Hubble in effetti gli ammassi di galassie sembrano legati tra loro da filamenti che dipartono da tutte le direzioni, proprio come una serie di ragnatele comunicanti. Per adesso penso che possa bastare, mi auguro che l’articolo sia stato di vostro gradimento, vi suggerisco inoltre (se interessati) di ampliare questi argomenti attraverso i documentari disponibili sulla rete. Il prossimo articolo riguarderà un argomento un po’ più familiare: il Sistema Solare. A presto.

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