Le Galassie

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Il Cosmo (indice)

Galassia Agglomerato di centinaia di miliardi di stelle, gas e polveri, legati tra loro da forze di natura gravitazionale e orbitanti intorno a un centro comune. Tutti gli astri visibili a occhio nudo dalla superficie terrestre, come il Sole, appartengono alla nostra galassia: la Via Lattea.

Si ritiene che sia stato l'astronomo persiano Al-Sufi a descrivere per la prima volta la debole macchia di luce nella costellazione di Andromeda, che oggi è identificata come una galassia compagna della nostra. Nel 1780 l'astronomo francese Charles Messier pubblicò una lista di oggetti non stellari che comprendeva anche 32 galassie. Esse sono tuttora individuate dall'iniziale dell'astronomo (M) seguita da un numero di identificazione; la galassia di Andromeda, ad esempio, è indicata dagli astronomi con la sigla M31.

Migliaia di galassie furono poi identificate e catalogate da Wilhelm e Caroline Herschel e da John Herschel, all'inizio del XIX secolo. A partire dal 1900 inoltre, lo sviluppo di metodi fotografici sempre più sofisticati ha permesso di scoprire moltissime galassie a enormi distanze dalla Terra; esse appaiono così deboli sulle fotografie che possono essere distinte a fatica dalle stelle.

Nel 1912 l'astronomo statunitense Vesto M. Slipher, analizzando i dati raccolti presso l'osservatorio Lowell in Arizona, mise in evidenza lo spostamento verso il rosso delle righe spettrali di tutte le galassie. Questo fenomeno, tanto più intenso quanto maggiore è la distanza della galassia, venne interpretato da Edwin Hubble come la prova di un moto di allontanamento relativo di tutte le galassie e quindi come una conferma dell'ipotesi secondo cui l'universo è in espansione. Ancora non è chiaro se tale espansione sia destinata a proseguire per sempre; un'ipotesi è che la forza di interazione gravitazionale tra le galassie sia sufficiente ad arrestare il processo ed eventualmente a determinare un progressivo avvicinamento di questi enormi agglomerati stellari. Vedi Cosmologia.

La maggior parte delle galassie appare, a causa della distanza dalla Terra, come una nube debolmente luminosa e solo nelle fotografie degli ammassi più vicini è possibile distinguere le singole stelle. Le osservazioni al telescopio permettono di determinare, seppure in modo approssimativo, la forma delle galassie e quindi di organizzare su questa base una prima classificazione.

Le galassie ellittiche hanno una generica forma globulare, con un nucleo brillante; esse contengono una popolazione di stelle vecchie, hanno un piccolo quantitativo di gas e polveri visibili e un numero relativamente basso di stelle giovani.

Le galassie a spirale invece sono formate da un disco appiattito che contiene poche stelle vecchie, una vasta popolazione di stelle giovani, abbondanti quantità di gas e polveri, e grandi nubi molecolari che sono luogo di formazione stellare. Solitamente le regioni che contengono le stelle giovani si avvolgono attorno alla galassia, mentre un alone di stelle vecchie e deboli circonda il disco; spesso inoltre esiste anche un nucleo più piccolo, che emette due getti di materia ad alta energia in direzioni opposte.

Alcune galassie a disco, che non mostrano una forma a spirale, sono classificate come irregolari; anch'esse contengono una grande quantità di gas, polveri e stelle giovani. Sono spesso localizzate vicino a galassie più grandi e il loro aspetto è probabilmente il risultato dell'interazione gravitazionale con galassie di grosse dimensioni. Alcune galassie peculiari si trovano in gruppi ravvicinati di due o tre agglomerati e le loro reciproche interazioni mareali hanno provocato la deformazione dei bracci a spirale, producendo dischi distorti e lunghi getti di materia.

Le quasar sono oggetti di aspetto stellare o quasi stellare, caratterizzati da notevoli spostamenti verso il rosso e pertanto a grandissima distanza dalla Terra. Oggi la maggior parte degli astronomi ritiene che questi corpi celesti siano galassie attive i cui nuclei contengono enormi buchi neri. Essi sono probabilmente in stretta relazione con le radiogalassie e con gli oggetti BL Lacertae.

La semplice osservazione telescopica non permette di distinguere una galassia gigante lontana da una di dimensioni minori e vicina alla Terra. Di conseguenza, per stimare la distanza di una galassia gli astronomi confrontano la luminosità o le dimensioni degli oggetti che essa contiene con quelle di analoghi oggetti appartenenti alla Via Lattea. A questo scopo fanno riferimento alle osservazioni di supernovae, che sono stelle estremamente brillanti, di ammassi stellari e di nubi di gas. Le variabili Cefeidi, la cui luminosità muta periodicamente, sono particolarmente preziose da questo punto di vista, poiché il loro periodo di pulsazione è correlato con la luminosità intrinseca. Misurando il periodo è possibile quindi risalire alla luminosità intrinseca, e dal confronto di questa con quella apparente è possibile determinarne la distanza.

Recentemente, inoltre, gli astronomi hanno messo in evidenza che la velocità di rivoluzione delle stelle attorno al centro delle galassie dipende dalla luminosità intrinseca e dalla massa di queste ultime; in particolare le galassie che ruotano rapidamente sono estremamente luminose; al contrario quelle che ruotano lentamente sono intrinsecamente deboli. Le velocità orbitali delle stelle in una galassia sono relativamente facili da misurare e così è possibile ricavare la luminosità intrinseca della galassia e quindi la corrispondente distanza.

Le galassie in genere non sono isolate nello spazio ma formano gruppi più o meno numerosi che a loro volta formano grandi ammassi. La nostra fa parte di un gruppo di circa trenta galassie che gli astronomi chiamano Gruppo Locale. La Via Lattea e la galassia di Andromeda sono le due più grandi del Gruppo, ciascuna con cento o duecento miliardi di stelle. La Piccola e la Grande Nube di Magellano, galassie satelliti della Via Lattea, sono piccole e deboli, e contengono ciascuna solo circa cento milioni di stelle.

Il Gruppo Locale è un membro periferico dell'ammasso più vicino, quello della Vergine, che contiene migliaia di galassie di vari tipi, tutte caratterizzate da un moto nella stessa direzione. Tale moto potrebbe essere determinato forse da un superammasso invisibile dalla nostra posizione, anche se gli studi teorici suggeriscono che la causa sia una stringa cosmica, cioè uno strappo monodimensionale nel tessuto dello spazio-tempo.

Nel complesso la distribuzione degli ammassi e dei superammassi nell'universo non è uniforme. Superammassi di decine di migliaia di galassie si allungano in sottili strisce che si avvolgono su grandi spazi vuoti. La Grande Muraglia, una striscia di galassie scoperta nel 1989, si estende per oltre un miliardo di anni luce nello spazio. I cosmologi ritengono che la materia oscura, un ipotetico materiale che non irraggia né riflette la radiazione elettromagnetica, possa esistere in quantità sufficiente da produrre i campi gravitazionali responsabili della struttura non omogenea dell'universo.

Le galassie più distanti, ai limiti dell'universo osservabile, sono deboli oggetti blu. Immagini di tali oggetti si ottengono puntando un telescopio in regioni apparentemente vuote del cielo e usando opportuni rivelatori a stato solido detti CCD (Charge Coupled Device, cioè dispositivi ad accoppiamento di carica) per raccogliere la debole luce che essi emettono, e poi elaborando le immagini con metodi numerici. Si riescono a osservare galassie che si allontanano dalla Terra a circa l'88% della velocità della luce, e che si sono formate circa due miliardi di anni dopo l'origine dell'universo.

Le stelle e le nubi di gas orbitano intorno al centro delle galassie a cui appartengono, con periodi di rivoluzione dell'ordine di centinaia di milioni di anni. Dallo studio della posizione delle linee spettrali delle galassie, è stato possibile dedurre che in quelle a spirale le stelle si muovono su orbite circolari, con velocità tanto più grandi quanto maggiore è la distanza dal centro della galassia. Sul bordo dei dischi galattici, a distanza di 150.000 anni luce dal centro, sono state misurate velocità di 300 km/s.

Un simile comportamento è quindi totalmente diverso da quello dei pianeti del sistema solare, la cui velocità orbitale diminuisce all'aumentare della distanza dal Sole. Ciò suggerisce che la massa di una galassia non sia concentrata nel punto centrale come nel caso del sistema solare, ma al contrario che una percentuale significativa di essa, caratterizzata da luminosità estremamente bassa e quindi rilevabile solo in relazione agli effetti gravitazionali, sia localizzata a grande distanza dal centro. Studi sulla velocità delle stelle situate nella periferia delle galassie hanno rafforzato l'ipotesi che la maggior parte della massa presente nell'universo esista sotto forma di materia oscura.

Le galassie sono sorgenti di vari tipi di radiazione elettromagnetica: oltre alla radiazione visibile, anche radiazione X, gamma, radio, infrarossa. Dallo studio della radiazione proveniente da una galassia è possibile risalire a diverse sue caratteristiche fisiche. La forma delle galassie, in genere, viene determinata sulla base di osservazioni ottiche, così come per lo studio della composizione e del moto delle singole stelle si ricorre ad analisi spettroscopiche nella regione del visibile. Molti dettagli sulla struttura galattica, inoltre, possono essere dedotti da ricerche di radioastronomia, poiché l'idrogeno gassoso presente nei bracci a spirale emette radiazioni elettromagnetiche nella banda delle onde radio dello spettro. Invece, la polvere fredda nel nucleo delle galassie a spirale emette nel range di frequenze caratteristico dell'infrarosso.

Recenti osservazioni sulle lunghezze d'onda dei raggi X emessi hanno confermato che gli aloni galattici contengono gas a temperature di milioni di gradi. Osservazioni nella regione dell'ultravioletto rivelano inoltre le proprietà dei gas negli aloni, e forniscono preziose informazioni sull'evoluzione delle stelle giovani delle galassie.

Un oggetto galattico di notevole interesse dal punto di vista della radiazione emessa è Centaurus A, galassia ellittica situata costellazione del Centauro. Le sue emissioni nelle regioni X e gamma dello spettro sono getti violenti e molto intensi del tipo prodotto dai burster. La galassia è inoltre sorgente di radiazioni nella regione radio dello spettro, disposte lungo l’asse di un disco di accrescimento che circonda il nucleo della galassia.