Galassie

Quando Guglielmo Herschel scopri l'esistenza della Galassia, il suo scopo era quello di sapere fino a quale distanza nell'Universo si spingesse lo spazio riempito di stelle. Fuori da questo spazio, che ha la forma discoidale é che Herschel seppe cosi saggiamente scoprire é interpretare attraverso il conteggio delle stelle dello sfondo visibili nel telescopio, si stendeva il vuoto fino all'infinito o che cos'altro? Fuori dello spazio riempito di stelle doveva esserci spazio vuoto di stelle, ma non si possedeva nessun criterio per stabilire se qualunque altro oggetto celeste, fosse stella o gruppo di stelle o nebulosa si trovasse all'interno della Galassia oppure al di fuori. In realtà, quando Herschel scoprì che la Galassia era un disco di stelle, molti scienziati si misero a pensare che cosa potevano essere altri astri che avevano l'aspetto di un disco, probabilmente anch'esso composto di stelle, il quale assomigliava grandemente, sia pure visto da lontano, a ciò che Herschel supponeva fosse l'aspetto della Galassia visto dall'esterno. Potevano essere questi altri oggetti simili alla nostra Galassia, costituiti come questa da un gran numero di stelle, posti al di fuori della Galassia stessa? Erano dunque questi gli oggetti che riempivano fino a nuovi confini sconosciuti lo spazio extragalattico? Nel 1926 per la prima volta, in base a nuovi studi compiuti con il nuovo telescopio di Monte Wilson di 2,5 m di diametro, gli astronomi poterono convincersi che un primo astro dotato di forma discoidale, era la galassia di Andromeda, era veramente un oggetto posto al di fuori della nostra galassia piuttosto lontano ed esteso. Nel polo sud sono visibili, abbastanza ben separate dalla Via Lattea, due macchie luminose nel cielo, le famose Nubi di Magellano. Queste sono due piccole galassie di forma irregolare é relativamente vicine alla nostra: la loro distanza é di circa 200.000 anni-luce. Per chi abita nell'emisfero boreale le Nubi di Magellano sono assolutamente invisibili, mentre c'è un terzo corpo, più distante dalla Terra che non le Nubi di Magellano, che pure si trova nello spazio intergalattico: si tratta della galassia della costellazione di Andromeda, la quale dista da noi circa due milioni di anni-luce. Ad occhio nudo essa é visibile nelle notti molto limpide é senza Luna, lontano dalle luci della città, al di sopra della stella Beta della costellazione di Andromeda; altre galassie si possono osservare per mezzo di binocoli.

La classificazione delle galassie

La forma delle galassie é chiaramente visibile in fotografia. Chi osserva galassie ad occhio nudo, nei binocoli o nei piccoli tele scopi, sicuramente non potrà vedere con chiarezza la forma. Infatti la forma diventa evidente solo quando sia possibile ottenere un'immagine fotografica. Basti pensare, per esempio, alla galassia doppia della costellazione di Canes Venatici, che venne osservata all'inizio del secolo passato da molti astronomi con strumenti dotati di un obiettivo dell'ordine di grandezza dei 20-30 cm di diametro: in questi si vedeva appena che c'erano due macchie luminose sullo sfondo del cielo, una più intensa é l'altra di minore intensità. Verso la meta del secolo, quando furono disponibili telescopi molto più potenti é luminosi, si arrivo a vedere che la nubulosa più intensa era circondata da un tenue anello luminoso di forma pressappoco circolare. Solo alla fine del secolo, col grande telescopio di Lord Rosse, dotato di un obiettivo di 1,80 m di diametro, si riuscì a vedere che la galassia principale era circondata da braccia a spirale di cui se ne osservò la struttura. Non c'è da aspettarsi molto, per quanto riguarda la morfologia delle galassie, dall'osservazione visuale. Viceversa, una buona fotografia permette abbastanza facilmente di identificare le caratteristiche delle forme galattiche. Le cause dell'origine dei vari tipi di galassie non sono del tutto chiare é sono innumerevoli gli sforzi che si stanno facendo per comprendere quali siano i meccanismi che sono alla base della formazione delle galassie dei vari tipi morfologici. Sembra comunque, ma quest'ipotesi necessita di ulteriori conferme, che il tasso di formazione stellare durante le prime fasi evolutive di una galassia sia la causa principale della differenziazione tra i vari tipi che osserviamo. Se il gas della nebulosa protogalattica si é quasi completamente trasformato in stelle durante le prime fasi di formazione galattica, allora si originerà una galassia ellittica o sferoidale, se invece una certa percentuale (circa il 10%) del gas non fa in tempo a condensarsi in stelle, prima che il sistema si assesti in una forma di equilibrio, allora la struttura che assumerà la galassia sarà a spirale. Riguardo alla struttura a spirale é forse bene spendere qualche parola per spiegare il cosiddetto "paradosso dell'avvolgimento". Le stelle appartenenti al disco delle galassie a spirale infatti ruotano attorno al nucleo con moto kepleriano, cioè con velocità radiali decrescenti al crescere della distanza dal nucleo, con periodi orbitali dell'ordine del centinaio di milioni di anni. Le galassie hanno un'età di almeno dieci miliardi di anni, quindi attualmente non dovremmo osservare nel cielo alcuna galassia a spirale in quanto in questo lunghissimo periodo i bracci avrebbero dovuto avvolgersi completamente attorno al nucleo. Questo paradosso può essere spiegato ipotizzando che la forma a spirale sia mantenuta da delle cosiddette "onde di densità", cioè da una perturbazione del campo gravitazionale generale fatta a forma di spirale, che ruota rigidamente con una velocità angolare superiore a quella della materia presente nel disco. Queste onde di densità, si comportano nello stesso modo in cui agisce un'elica che ruota in un fluido. Incontrando le nubi di gas é polveri presenti nel disco galattico provocherebbero in esse delle onde d'urto a cui farebbe seguito l'innesco della formazione di stelle, le quali poi con la loro intensa luce segnano l'avvenuto passaggio dell'onda di densità con la sua caratteristica forma a spirale.

Le galassie vengono classificate in ellittiche (1), a spirale (2), a spirale barrata (3) é irregolari (non riconducibili alle precedenti)

La struttura delle galassie  

La prima cosa da osservare é che di galassie ce ne sono di grandi é di piccole, composte di tante o di poche stelle. Vi sono galassie cosi piccole da contenere meno di un miliardo di stelle ed altre cosi grandi da contenerne addirittura centomila miliardi! La nostra Galassia si pone in una posizione intermedia: in base agli studi del 1978, appare costituita da qualcosa come settecento miliardi di stelle. Le galassie ruotano tutte su se stesse. Sono astri abbastanza stabili che hanno forse la possibilità di perdere qualche stella nello spazio intergalattico, ma in generale conservano la loro forma per lunghissimo tempo. Accade a volte che alcune di esse nel loro moto all'interno degli ammassi galattici cui appartengono vengano a trovarsi relativamente vicine, per cui la loro struttura é perturbata dalla mutua attrazione gravitazionale. Le stelle più lontane dal centro galattico ruotano più lentamente; man mano che ci si avvicina al centro della galassia, le stelle ruotano più rapidamente, ma molto vicino al centro la velocità di rotazione è di nuovo bassissima. Il quadro della dinamica delle galassie é stato completato di recente da studi molto accurati che riguardano il movimento delle stelle. Per mezzo dei calcolatori elettronici é possibile sapere che cosa succede di una stella che si muova all'interno di una galassia. Per sapere come si muova una sola stella è più che sufficiente un calcolatore tascabile. Per sapere come si muovano diverse migliaia di stelle disposte in un disco (facendo cioè l'ipotesi di una galassia piatta) può bastare un PC di bassissima potenza. Per calcolare, invece, con esattezza tutte le proprietà dinamiche di una galassia sono necessari i più potenti computer. Questi mezzi di calcolo hanno permesso la costruzione di galassie estremamente simili a quelle che si osservano realmente. Tuttavia questo quadro della struttura galattica é molto semplice. Esso tiene conto soltanto della presenza di stelle nella galassia ed eventualmente anche della presenza di una certa quantità di pulviscolo é di altri tipi di materia interstellare. Proprio questo pulviscolo é questa materia interstellare impediscono pero di vedere i nuclei di queste galassie, nei quali presumibilmente si svolgono fenomeni estremamente energetici. é probabile che nel nucleo delle galassie si nascondano dei giganteschi buchi neri é molte galassie d'altra parte sono sede di formidabili esplosioni che di quando in quando fanno loro proiettare nello spazio sterminate quantità di energia; sotto forma di luce é di onde radio. Inoltre molte galassie sono continuamente attive nel campo delle radio-onde é per questo sono dette "radiogalassie". Non si saprebbe quasi nulla delle gigantesche dimensioni di questi fenomeni se non si conoscesse con una precisione appena ragionevole la distanza di questi astri.

Gli ammassi di galassie

Una caratteristica delle galassie é quella di raggrupparsi in ammassi, il fatto di poter vedere con modesti strumenti ben tre galassie relativamente vicine é un certo numero di altre con un telescopio, riflette una caratteristica delle galassie che é quella di raggrupparsi in gruppi più o meno numerosi: gli ammassi di galassie. La nostra Galassia appartiene ad un gruppo di 30-50 galassie (numero impreciso perché non si é sicuri dell'appartenenza al gruppo delle più piccole é più deboli). A più grande distanza si osserva che la maggior parte delle galassie é per l'appunto radunata in ammassi dei quali i più radi hanno si é no una cinquantina di galassie, mentre i più densi possono averne addirittura migliaia. Non si sa ancora se tra le galassie di tali ammassi sia presente della materia intergalattica. Se si osserva in un gran numero di fotografie la distribuzione delle galassie negli ammassi é degli ammassi vicini, si nota che questi hanno la tendenza a formare un "superammasso". Il diametro di una galassia é dell'ordine di grandezza dei centomila anni-luce, quello di un ammasso può essere decine di milioni di anni-luce, in certi casi anche centinaia. Di frequente gli ammassi di galassie sono costituiti da tipi abbastanza simili, mentre in altri casi le galassie di uno stesso ammasso appaiono notevolmente diverse. Gli ammassi di galassie costituiscono l'occasione per studiare le caratteristiche di galassie poste tutte alla stessa distanza. Una volta riconosciuta l'appartenenza di una galassia ad un ammasso, si può asserire con sicurezza che due galassie di uno stesso ammasso sono alla stessa distanza. Quindi la differenza di luminosità può essere imputabile solo ad un diverso contenuto di stelle, cioè alle diverse dimensioni delle due galassie. Si può allora scoprire, per esempio, che galassie di forma simile sono anche assai simili come luminosità é questo é di grande aiuto per determinare la distanza di galassie dello stesso tipo che si trovino pero isolate nello spazio. L'Universo extragalattico appare dunque tutto riempito di ammassi di galassie, é questi ammassi a loro volta sono radunati in superammassi. Talvolta fra gli elementi di un ammasso è distribuita della materia; molto spesso da questa vengono emessi radio-onde é raggi X, ma questo é quasi tutto quanto si sa di questi astri grandiosi é lontani.