GALASSIA: CARATTERISTICHE, COMPONENTI, TIPI, FORMAZIONE - ARTE - 2024

Una galassia è un conglomerato di oggetti e materia astronomici, come nuvole di gas e polvere, miliardi di stelle, nebulose, pianeti, asteroidi, comete, buchi neri e persino molta materia oscura, il tutto strutturato grazie alla forza di gravità.

Il nostro sistema solare fa parte di una grande galassia a spirale chiamata Via Lattea. Questo nome derivato dal greco può essere tradotto come "sentiero del latte", per la sua somiglianza con una fascia poco illuminata che attraversa la sfera celeste.

Figura 1. La bellissima galassia lenticolare nota come Galassia Sombrero M104 nella costellazione della Vergine, a 29,35 milioni di anni luce di distanza, vista con il telescopio Hubble. Fonte: Wikimedia Commons.

Nelle limpide notti estive si può osservare molto bene tra le costellazioni dello Scorpione e del Sagittario, poiché in quella direzione si trova il nucleo e dove la densità delle stelle è molto più alta.

Storia della scoperta delle galassie

Il grande pensatore e matematico greco Democrito di Abdera (460-370 a.C.) fu il primo a suggerire - ai suoi tempi non c'erano telescopi - che la Via Lattea fosse in realtà composta da migliaia di stelle così distanti tra loro che non se ne potevano distinguere. altro.

Ci volle un po 'prima che Galileo (1564-1642) fosse d'accordo con lui, quando puntando il suo telescopio scoprì che c'erano più stelle nel cielo di quante ne potesse contare.

Galileo Galilei - Fonte: Domenico Tintoretto

Fu il filosofo tedesco Immanuel Kant (1724-1804) a ipotizzare che la Via Lattea fosse composta da altrettante migliaia di sistemi solari e che il tutto avesse una forma ellittica e ruotasse ritmicamente attorno a un centro.

Inoltre, ha anche suggerito che esistessero altri gruppi di stelle e pianeti come la Via Lattea e li ha chiamati universi insulari. Questi universi insulari sarebbero visibili dalla Terra come piccole e deboli macchie di luce.

20 anni dopo, nel 1774, apparve il catalogo di Messier, una raccolta di 103 oggetti dello spazio profondo visibili fino ad oggi e realizzata dall'astronomo francese Charles Messier (1730-1817).

Tra questi c'erano alcuni candidati per universi insulari, conosciuti semplicemente come nebulose. La nebulosa M31 era una di queste, conosciuta oggi come la vicina galassia di Andromeda.

William Herschel (1738-1822) ampliò l'elenco degli oggetti dello spazio profondo a 2.500 e descrisse per primo la forma della Via Lattea. Tuttavia, gli scienziati non si erano ancora resi conto che alcune nebulose come M31 erano esse stesse enormi conglomerati di stelle simili alla Via Lattea.

Era necessario un telescopio con una risoluzione sufficiente e poteva essere acquistato nel 1904 quando l'enorme telescopio dell'Osservatorio di Mount Wilson in California fu costruito con uno specchio di 100 pollici di diametro. Non è stato fino a quel momento che le dimensioni dell'universo sono diventate evidenti, perché la già immensa Via Lattea è solo una galassia, tra innumerevoli conglomerati di esse.

Nel 1924, Edwin Hubble (1889-1953) riuscì a misurare la distanza da una di queste nebulose a spirale, osservando le stelle simili a Cefeidi nell'oggetto M31, la più notevole nebulosa a forma di spirale chiamata Andromeda.

Le Cefeidi sono stelle che cambiano periodicamente la loro luminosità e questo è proporzionale al periodo. Quelli più luminosi hanno periodi più lunghi.

A quel punto, Harold Shapley (1885-1972) aveva stimato le dimensioni della Via Lattea, ma era così grande che era convinto che la nebulosa di Andromeda fosse all'interno della Via Lattea.

Tuttavia, Hubble ha stabilito che la distanza dalle Cefeidi di Andromeda era molto maggiore delle dimensioni della Via Lattea e quindi non poteva essere trovata al suo interno. Andromeda, come la Via Lattea, era una galassia a sé stante, sebbene per lungo tempo rimase chiamata "nebulosa extragalattica".

Caratteristiche generali

Le galassie hanno forma e, come vedremo più avanti, possono essere classificate secondo questo criterio. Contengono anche massa e non sono affatto entità statiche, poiché hanno movimento.

Esistono galassie giganti e molto luminose, come la Via Lattea e Andromeda, e anche galassie chiamate "nane", fino a mille volte meno luminose. Per familiarizzare con le dimensioni, è utile conoscere alcune unità di misura utilizzate in astronomia. Per prima cosa abbiamo l'anno luce.

L'anno luce è un'unità di distanza pari alla distanza percorsa dalla luce in un anno. Essendo la velocità della luce di 300.000 km / s, moltiplicata per il numero di secondi in 365 giorni, il risultato è di circa 9 miliardi e mezzo di chilometri.

A scopo di confronto, la distanza dal Sole alla Terra è di 8,5 minuti luce, circa 150 milioni di chilometri, che è più o meno equivalente a una UA o unità astronomica, utile nelle misurazioni all'interno del Sistema Solare. La prossima stella più vicina al Sole è Proxima Centauri a 4,2 anni luce.

L'AU dà origine a un'altra unità ampiamente utilizzata: il parsec o parallasse di un secondo d'arco. Che un punto si trovi alla distanza di un parsec, significa che la sua parallasse è uguale a 1 secondo d'arco tra la Terra e il Sole. La figura seguente lo chiarisce:

Figura 2. Schema per definire il parsec. Fonte: Wikimedia Commons. Kes47 (?).

Dimensioni, movimento e composizione chimica

Le dimensioni delle galassie sono estremamente varie, da così piccole da contenere a malapena mille stelle, alle galassie ellittiche giganti di cui parleremo in dettaglio più avanti.

Quindi, abbiamo la nostra Via Lattea di circa 100.000 anni luce di diametro, essendo una grande galassia, ma non la più grande. NGC 6872 ha un diametro di 520.000 anni luce, circa 5 volte il diametro della Via Lattea, ed è la più grande galassia a spirale conosciuta fino ad oggi.

Le galassie non sono statiche. In generale, stelle e nuvole di gas e polvere hanno movimenti rotatori attorno al centro, ma non tutte le parti di una galassia ruotano con la stessa velocità. Le stelle al centro ruotano più velocemente di quelle esterne, in quella che viene chiamata rotazione differenziale.

Per quanto riguarda la composizione chimica, gli elementi più comuni nell'universo sono l'idrogeno e l'elio. All'interno delle stelle, come un reattore a fusione nucleare, gli elementi più pesanti che conosciamo si formano attraverso la tavola periodica.

Il colore e la luminosità delle galassie cambiano nel tempo. Le galassie più giovani sono più blu e più luminose di quelle più vecchie.

Le galassie di forma ellittica tendono al rosso, con numerose stelle più vecchie, mentre quelle irregolari sono le più blu. Nelle galassie a forma di spirale, il blu è concentrato verso il centro e il rosso verso la periferia.

Componenti delle galassie

Quando si osserva una galassia, si possono identificare strutture come le seguenti, presenti nella Via Lattea, che è stata presa come modello perché è la più studiata:

Discoteca e aureola

Le due strutture di base della nostra galassia sono il disco e l'alone. Il disco si trova nel piano medio definito dalla galassia e contiene una grande quantità di gas interstellare che dà origine a nuove stelle. Contiene anche vecchie stelle e ammassi aperti, un raggruppamento di stelle mal strutturato.

Va notato che non tutte le galassie hanno lo stesso tasso di formazione stellare. Si ritiene che le galassie ellittiche abbiano un tasso molto più basso, a differenza delle spirali.

Il Sole si trova nel disco galattico della Via Lattea, sul piano di simmetria e come tutte le stelle del disco, orbita attorno alla galassia seguendo un percorso approssimativamente circolare e perpendicolare all'asse galattico di rotazione. Occorrono circa 250 milioni di anni per completare un'orbita.

L'alone copre la galassia con un volume sferoidale meno denso, poiché è una regione con molta meno polvere e gas. Contiene ammassi globulari, stelle raggruppate dall'azione della gravità e molto più antiche del disco, singole stelle e anche la cosiddetta materia oscura.

La materia oscura è un tipo di materia la cui natura è sconosciuta. Deve il suo nome al fatto che non emette radiazioni elettromagnetiche e la sua esistenza è stata proposta per spiegare il fatto che le stelle all'esterno si muovono più velocemente del previsto.

La velocità alla quale una stella si muove rispetto al centro della galassia dipende da come è distribuita la materia, poiché è l'attrazione gravitazionale dovuta ad essa che una stella rimane in orbita. Una maggiore velocità significa che c'è più materia che non può essere vista: materia oscura.

Il bulbo, il nucleo galattico e la barra

A parte il disco e l'alone, nella galassia c'è il rigonfiamento, il rigonfiamento centrale o nucleo galattico, dove c'è una maggiore densità di stelle, essendo quindi molto luminoso.

La sua forma è approssimativamente sferica-sebbene quella della Via Lattea sia più simile a un'arachide- e al suo centro si trova il nucleo, costituito da un buco nero, un fatto che sembra essere comune in molte galassie, specialmente in quelli a spirale.

Gli oggetti che si trovano nelle vicinanze del nucleo ruotano, come abbiamo detto, molto più velocemente di quelli che sono più lontani. Lì la velocità è proporzionale alla distanza dal centro.

Alcune galassie a spirale come la nostra hanno una barra, una struttura che attraversa il centro e da cui emergono bracci a spirale. Ci sono più galassie a spirale barrate che non barrate.

Si ritiene che i bastoncelli permettano il trasporto della materia dalle estremità al bulbo, addensandolo favorendo la formazione di stelle nel nucleo.

Figura 3. Componenti della Via Lattea. Il Sole è in uno dei bracci e ha un movimento rotatorio attorno al centro della galassia, nonché un movimento verticale. Fonte: Wikimedia Commons.

Tipi di galassie

La prima cosa che si apprezza quando si osservano le galassie attraverso il telescopio è la loro forma. La grande galassia di Andromeda, ad esempio, ha una forma a spirale, mentre la sua compagna NGC 147 è ellittica.

Il sistema di classificazione delle galassie si basa sulla forma che hanno e il più utilizzato oggi è il diapason o sequenza di Hubble, creato intorno al 1926 da Edwin Hubble, e successivamente modificato da lui stesso e da altri astronomi, con la comparsa di nuove informazioni.

Hubble ha progettato lo schema nella convinzione che rappresentasse una sorta di evoluzione della galassia, ma oggi è noto che non è così. Le lettere sono usate nella sequenza per designare le galassie: E per galassie ellittiche, S per galassie a spirale e Irr per galassie di forma irregolare.

Figura 4. Il diapason di Hubble. Fonte: Wikimedia Commons.

Galassie ellittiche

A sinistra, sul collo del diapason, si trovano le galassie ellittiche rappresentate dalla lettera E. Le stelle che le compongono sono distribuite in modo più o meno uniforme.

Il numero che accompagna la lettera indica quanto sia ellittica la galassia -elitticità-, partendo da E0, che è la più sferica, fino a E7, che è la più appiattita. Non sono state osservate galassie con ellitticità maggiore di 7. Denotando questo parametro come є:

Є = 1 - (β / ɑ)

Con α e β come i semi-assi maggiore e minore apparenti rispettivamente dell'ellisse. Tuttavia, questa informazione è relativa, perché abbiamo solo la vista dalla Terra. Ad esempio, non è possibile sapere se una galassia mostrata sul bordo è ellittica, lenticolare o spirale.

Le galassie ellittiche giganti sono tra gli oggetti più grandi dell'universo. Sono le più facili da osservare, sebbene versioni molto più piccole, chiamate galassie ellittiche nane, siano molto più abbondanti.

Figura 5. Galassia ellittica NGC 1316, nella costellazione di Fornax, che si fonde con un'altra galassia più piccola. Fonte: Credito immagine: NASA / JPL-Caltech / CTIO.

Galassie lenticolari e spirale

Le galassie lenticolari sono a forma di disco, senza bracci a spirale, ma possono essere bloccate. La loro nomenclatura è S0 o SB0 e sono proprio al bivio della figura. A seconda della quantità di polvere (zone ad alto assorbimento) sul disco, vengono suddivise in S01, da SB01 a S03 e SB03.

Le galassie S sono le galassie a spirale appropriate, mentre le SB sono le galassie a spirale barrate, poiché le spirali sembrano proiettarsi da una barra attraverso il rigonfiamento centrale. La stragrande maggioranza delle galassie ha questa forma.

Entrambe le classi di galassie si distinguono a loro volta per il grado di facilità dei bracci a spirale ed è contrassegnata con lettere minuscole. Questi sono determinati confrontando la dimensione del rigonfiamento più grande con la lunghezza del disco: rigonfiamento L / disco L.

Figura 6. La bellissima galassia a spirale di Andromeda nella costellazione di Cassiopea. Fonte: Wikimedia Commons Image from NASA).

Ad esempio, se questo quoziente è ≈ 0,3, le galassie sono denotate come Sa se è semplice spirale, o SBa se è barrata. In questi, le spirali sembrano essere più strette e la concentrazione delle stelle nelle braccia è più tenue.

Mentre la sequenza continua a destra, le spirali appaiono più sciolte. Il rapporto rigonfiamento / disco per queste galassie è: L rigonfiamento / L disco ≈ 0,05.

Se una galassia ha caratteristiche intermedie, è possibile aggiungere fino a due lettere minuscole. Ad esempio, la Via Lattea è classificata da alcuni come SBbc.

Galassie irregolari

Queste sono galassie la cui forma non corrisponde a nessuno dei modelli descritti sopra.

Lo stesso Hubble li ha divisi in due gruppi: Irr I e Irr II, dove i primi sono solo leggermente più organizzati dei secondi, perché hanno qualcosa che ricorda la forma dei bracci a spirale.

Le galassie Irr II sono, potremmo dire, amorfe e senza una struttura interna riconoscibile. Sia Irr I che Irr II sono tipicamente più piccoli delle galassie ellittiche o delle maestose galassie a spirale. Alcuni autori preferiscono chiamarli galassie nane. Tra le galassie irregolari più note vi sono le vicine Nubi di Magellano, classificate come Irr I.

Figura 7. Galassia irregolare NGC 5408, scoperta nella costellazione del Centauro da John Herschel nel 1834. All'inizio si credeva fosse una nebulosa planetaria. Fonte: Wikimedia Commons.

Dopo la pubblicazione della sequenza di Hubble, l'astronomo francese Gerard de Vaucouleurs (1918-1995) suggerì di rimuovere la nomenclatura Irr I e Irr II e chiamare le Irr I, che hanno alcuni bracci a spirale, come galassie Sd - SBd, Sm - SBm o Im (la "m" sta per la galassia di Magellano).

Infine, le galassie la cui forma è veramente irregolare e senza traccia di spirali, vengono chiamate semplicemente Go. Con questo, la classificazione moderna è rimasta così:

Come si formano le galassie?

La formazione delle galassie è oggi oggetto di discussioni attive. I cosmologi credono che l'universo primordiale fosse piuttosto buio, pieno di nuvole di gas e materia oscura. Ciò è dovuto alla teoria secondo cui le prime stelle si sono formate entro poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.

Una volta attivato il meccanismo di produzione stellare, risulta avere alti e bassi nel tasso. E poiché le stelle sono ciò che compone le galassie, ci sono diversi meccanismi che portano alla formazione delle galassie.

L'attrazione gravitazionale è la forza primordiale che mette in moto la formazione degli oggetti cosmici. Un piccolo accumulo di materia ad un certo punto attira più materia e inizia ad accumularsi.

Si ritiene che la Via Lattea abbia avuto inizio in questo modo: piccoli accumuli di materia che alla fine hanno dato origine agli ammassi globulari dell'alone, tra cui le stelle più antiche della galassia.

La rotazione è inerente all'accumulo di massa che ha seguito questo periodo iniziale di formazione stellare. E con la rotazione si crea il momento angolare, la cui conservazione ha prodotto il collasso della massa sferica trasformandola in un disco piatto.

Le galassie possono aumentare di dimensioni fondendosi con altre galassie più piccole. Si ritiene che questo sia il caso oggi della Via Lattea e dei suoi vicini più piccoli, le nuvole di Magellano.

Un'altra fusione attesa in un futuro molto lontano è la collisione con Andromeda che, a differenza della maggior parte delle galassie, si sta avvicinando a noi. Andromeda dista attualmente 2,2 milioni di anni luce.

Quante galassie ci sono nell'universo?

Sebbene la maggior parte dello spazio sia vuoto, ci sono milioni di galassie, forse 100 trilioni, secondo alcune stime. Altri stimano 2 trilioni di galassie. La maggior parte dell'universo rimane inesplorata e non esiste una risposta esatta a questa domanda.

In soli 12 giorni, il telescopio spaziale Hubble ha trovato 10.000 galassie dalle forme più varie. Il totale effettivo delle galassie nell'universo è sconosciuto. Quando si osserva con un telescopio è necessario sottolineare che si sta andando oltre non solo in lontananza, ma anche nel tempo.

La luce del sole che vediamo ha impiegato 8,5 minuti per raggiungerci. La vista di Andromeda che osserviamo con il binocolo è quella di 2,2 milioni di anni fa. Questo è il motivo per cui ciò che vediamo dalla Terra è nella gamma dell'universo osservabile. Per ora non c'è modo di vedere cosa c'è oltre.

Un modo per stimare quante galassie ci sono nell'universo osservabile è quello di effettuare riprese di campo estremamente profonde da Hubble o XDF, che rappresentano una piccola area della sfera celeste.

In uno di questi scatti, 5500 galassie sono state trovate a 13,2 miliardi di anni luce di distanza. Moltiplicando questo valore per la quantità di XDF per l'intera sfera celeste, hanno stimato i 100.000 milioni di galassie menzionate.

Tutto indica che in passato c'erano più galassie di quante ce ne siano adesso, ma più piccole, blu e di forma più irregolare rispetto alle eleganti galassie a spirale che vediamo oggi.

Esempi di galassie

Nonostante le loro immense dimensioni, le galassie non sono solitarie, ma piuttosto sono raggruppate in strutture gerarchiche.

La Via Lattea appartiene al cosiddetto Gruppo Locale, in cui tutti i membri - circa 54 - si trovano a una distanza non superiore a 1 Mega-parsec. Quindi la densità delle galassie diminuisce finché non appare un altro ammasso simile al Gruppo Locale.

Tra l'immensa varietà di galassie rinvenute, vale la pena evidenziare alcuni esempi sorprendenti per le loro particolarità:

Galassie ellittiche giganti

Le galassie più grandi scoperte finora sono al centro degli ammassi di galassie. Sono enormi galassie ellittiche la cui gravità attira altre galassie, inghiottendole. In queste galassie il tasso di formazione stellare è molto basso, quindi per continuare a crescere intrappolano gli altri.

Galassie attive

Le galassie attive, a differenza di quelle più normali e silenziose come la Via Lattea, emettono frequenze di altissima energia, molto più elevate di quelle emesse dai nuclei delle stelle, comuni in ogni galassia.

Queste frequenze ad alta energia la cui potenza è equivalente a miliardi di soli escono dal nucleo di oggetti come i quasar, scoperti nel 1963. Sorprendentemente, un quasar, uno degli oggetti più luminosi dell'universo, è in grado di mantenere questa velocità per milioni di anni.

Le galassie di Seyfert sono un altro esempio di galassie attive. Finora ne sono state scoperte diverse centinaia. Il suo nucleo emette radiazioni altamente ionizzate, variabili nel tempo.

Figura 8. La galassia Seyfert M 106. Fonte: Wikimedia Commons. Raggi X: NASA / CXC / Univ. di Maryland / AS Wilson et al .; Ottico: Pal.Obs. DSS; IR: NASA / JPL-Caltech; VLA: NRAO / AUI / NSF

Si ritiene che nelle vicinanze del centro un'enorme quantità di materiale gassoso si precipiti verso il buco nero centrale. La perdita di massa rilascia energia radiante nello spettro dei raggi X.

Le galassie radio sono galassie ellittiche che emettono grandi quantità di frequenze radio, diecimila volte più delle galassie ordinarie. In queste galassie sono presenti sorgenti - lobi radio - legate da filamenti di materia al nucleo galattico, che emettono elettroni in presenza di un intenso campo magnetico.

Riferimenti

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