Le galassie: come si formano, tipologia, e distribuzione
La galassia si definisce come un insieme di stelle, ammassi di gas e polveri oltre ad associazioni stellari tenuti insieme dalla forza di gravità. Il termine galassia deriva dal greco e letteralmente significa "latteo", richiamando alla mente la Via Lattea a cui appartiene il nostro sistema solare.
Le galassie sono agglomerati enormi di stelle, tuttavia ne esistono di relativamente piccole, come le galassie nane, contenenti milioni di stelle, fino ad arrivare alle galassie giganti che raggruppano miliardi di stelle ruotanti attorno ad un comune centro di massa.
Per galassia si intende un insieme di dimensioni enormi di stelle, polveri, ammassi ed associazioni stellari, gas – il mezzo interstellare – che si attraggono reciprocamente tramite la forza di gravità. Si ritiene che si siano formate poche centinaia di milioni di anni dopo la nascita dell’universo, in seguito al raffreddamento dello stesso e la comparsa di atomi di idrogeno ed elio nello spazio, la loro agglomerazione in masse più grandi condensate con la materia oscura: le galassie, appunto.
Queste si suddividono per forma e dimensioni, e orbitano tutte attorno a una massa centrale. Esistono galassie di forma ellittica, cioè dal profilo ad ellisse; quelle di forma a spirale, dotate di forma discoidale e di scie di massa dall’aspetto di raggi; e quelle di forma irregolare, il cui aspetto è determinato dalle interazioni gravitazionali con le galassie confinanti.
Si classificano anche come galassie nane, se contengono un numero limitato di stelle (ovvero decine di milioni di stelle), fino ad arrivare alle galassie giganti, che sono costituite anche da bilioni di stelle.
Dalla Terra, pianeta solare (attratto dal campo gravitazionale della stella del suo sistema, il Sole) appartenente alla Via Lattea, per osservare gran parte di queste formazioni di materiale interstellare sono necessari telescopi o tecnologie avanzate; tuttavia esistono anche galassie visibili ad occhio nudo.
E’ il caso della galassia più vicina a noi, quella delle Nubi di Magellano, ammirabile dall’emisfero australe del pianeta; invece la galassia più grande visibile nell’emisfero boreale è quella di Andromeda, allo stesso tempo la galassia più lontana visibile senza strumenti. Tra i nomi di galassie più importanti ci sono la Galassia del Triangolo e le Nane ellittiche del Sagittario e del Cane Maggiore, che stanno fondendo i loro agglomerati con le stelle della Via Lattea.
Le fusioni portano molte evoluzioni nella forma, nelle dimensioni e nella trasformazione delle galassie: l’accumulo di gas ed elementi chimici genera un aumento di formazione di stelle, lo starbust, e di astri che si sviluppano molto velocemente e danno vita a una supernova, ovvero l’esplosione di una stella. Si tratta di un fenomeno molto atteso dagli astronomi ed astrofisici, perché consente, attraverso la misurazione dei raggi gamma, di valutare l’età e la distanza delle masse spaziali; la stella più lontana, GRB 090423, è stata osservata grazie allo spettro della sua esplosione, avvenuta 13 miliardi di anni fa.
Come si sono formate le galassie?
Si sa che le prime fasi dell’Universo sono da attribuire alla teoria del Big Bang. Centinaia di migliaia di anni dopo, la temperatura del cosmo intero si ridusse notevolmente, consentendo la formazione di atomi di idrogeno ed elio. Gran parte di questa materia gassosa, ed in particolare l’idrogeno non ancora ionizzato assorbiva la luce, in un’età dove non vi era ancora nessuna stella. Dalle fluttuazioni di densità di questa materia iniziarono ad apparire le prime strutture galattiche primordiali che evolvendosi sono poi diventate quelle che oggi normalmente vengono studiate ed osservate.
Il processo di formazione delle galassie è una delle questioni che tuttora affascina gli studiosi del campo astronomico. Esistono a questo riguardo due teorie essenziali raggruppate in due categorie: top-down e bottom-up. Secondo la prima, le protogalassie si formano a seguito di un vasto collasso gravitazionale durato circa un milione di anni; secondo la seconda teoria l’origine delle galassie risiede nella comparsa iniziale degli ammassi globulari che solo in un secondo tempo iniziarono a crescere ed a formare le galassie più grandi.
Dopo la loro formazione, all’interno di queste galassie cominciarono ad apparire le prime stelle, (dette di popolazione III), composte da elementi leggeri come l’idrogeno e l’elio ma in percentuali molto più elevate rispetto a quelle attuali, perchè i gas presenti al loro interno non erano stati ancora sintetizzati. Si crede che queste stelle avrebbero rapidamente “bruciato” la loro riserva di idrogeno per poi esplodere come supernovae, rilasciando gli elementi più pesanti nel mezzo interstellare.
Secondo il modello top-down, circa un miliardo di anni dopo la nascita delle galassie comparvero gli altri oggetti cosmici, come il buco nero, gli ammassi globulari ed il bulge, ossia il centro galattico composto da stelle vecchie, di popolazione II, povere di elementi pesanti. Durante questo periodo si produsse un intenso fenomeno di formazione stellare. Due miliardi di anni dopo, tutta la materia nel frattempo accumulata si dispose lungo il disco galattico, ossia quella regione nella quale si concentra la maggior parte di stelle e gas di una galassia.
L’evoluzione di una galassia può essere interessata da fenomeni di interazione o collisione, molto frequenti durante le epoche più antiche. Si pensa che uno di questi eventi possa interessare la nostra galassia, la Via Lattea e quella di Andromeda, le quali si stanno avvicinando ad una velocità di circa 130 km/s ed esiste la possibilità che potrebbero collidere tra circa cinque o sei miliardi di anni. È probabile che la nostra galassia si sia già scontrata in passato con galassie nane minori ma mai con una galassia così grande come quella di Andromeda.
Tuttavia, le collisioni tra due galassie sono sempre meno comuni visto che col tempo la distanza tra esse tende generalmente ad aumentare. Per di più si è notato che negli ultimi miliardi di anni molte galassie non hanno presentato sostanziali cambiamenti ed anche il tasso di formazione stellare si è notevolmente ridotto, raggiungendo il picco massimo cinque miliardi di anni fa.
Tipologia e distribuzione delle galassie
Una delle catalogazioni di galassie fa riferimento alla loro forma ed aspetto. Una tipologia tra le più diffuse è quella ellittica perchè rimanda appunto alla figura di un ellisse; ma esistono anche le galassie spirali formate da un bulbo centrale circondato da un disco dal quale si dipartono dei bracci di formazione stellare o ancora le galassie peculiari che presentano una forma alquanto insolita ed irregolare da attribuire probabilmente alle forze mareali con le galassie vicine che ne distorcono l’aspetto.
Nell’universo conosciuto dall’uomo esistono probabilmente più di cento miliardi di galassie separate tra loro da enormi distanze. Queste galassie si dispongono nello spazio secondo piccole associazioni o ammassi, questi ultimi formati anche da migliaia di galassie. Ma esistono anche strutture più complesse come i più imponenti superammassi galattici con una dimensione che arriva a numerose centinaia di milioni di anni luce.
Non è ancora chiaro, ma da alcuni studi effettuati sembra che la materia oscura, ossia quella materia non direttamente osservabile dall’uomo perchè non in grado di emettere radiazione elettromagnetica, costituisca circa il 90% della massa delle galassie a spirale, mentre rappresenti fino al 50% per la massa delle galassie ellittiche. Inoltre, si pensa che al centro di molte galassie siano presenti dei buchi neri supermassicci che rappresentano l’attività del nucleo delle cosidette galassie attive; ma la presenza di questi buchi non implica necessariamente che la galassia che li ospiti sia attiva.
Le galassie ellittiche
Il sistema di classificazione di Hubble considera le galassie ellittiche, (indicate dalla lettera E), in base alla loro ellitticità, ossia alla loro apparenza sferica più o meno allungata, distinguendo tra la classe E0 indicante le galassie di aspetto quasi sferico e quella E7, che raggruppa quelle galassie fortemente allungate. Generalmente queste galassie posseggono poca materia interstellare e sono costituite da stelle piuttosto vecchie ed evolute orbitanti attorno ad un centro comune di gravità. Sempre di questa categoria fanno parte le galassie ellittiche giganti, spesso presenti al centro di grandi ammassi di galassie, di cui spesso rappresentano i componenti più massicci.
È probabile che molte galassie ellittiche si siano formate a causa di interazioni tra galassie, tramite la collisione e la successiva fusione dell’una nell’altra con la conseguente crescita di dimensioni ed un numero di stelle decisamente superiore.
Le galassie spirali e barrate
Le galassie spirali, come quelle ellittiche, sono composte generalmente da stelle di età avanzata. La loro struttura consiste nella presenza di un disco centrale di stelle attorno al quale ruota la materia interstellare. Fuori dal centro, chiamato bulge, si trovano i bracci di spirale molto luminosi. Nella classificazione di Hubble le galassie spirali vengono indicate con la lettera (S), seguita dalle minuscole (a, b, c) indicanti lo spessore dei bracci e la dimensione del bulge centrale. I bracci di spirale ruotano attorno al centro, ma con una velocità di rotazione diversa da punto a punto; le stelle che si trovano nei bracci più esterni hanno una ridotta velocità rispetto a quelle stelle che si trovano all’interno e più vicine al nucleo.
Altre galassie spirali mostrano un aspetto ed una struttura stellare a forma di barra che attraversa il bulge e dal quale si dipartono i bracci di spirale. Queste galassie, conosciute anche come barrate, nella classificazione di Hubble adottano la sigla (SB), sempre accompagnata dalle tre minuscole (a,b,c), che indicano la forma dei bracci di spirale così come avviene per le galassie spirali normali. Alcuni astrofisici ritengono che le barre siano effetto delle forze di marea con un’altra galassia, mentre altri sostengono che si tratti di strutture temporanee dovute ad un’onda di densità che irradia in direzioni opposte dal nucleo.
La nostra galassia, ad esempio, è a spirale barrata con un diametro di circa 100.000 anni luce e si pensa possa contenere circa duecento miliardi di stelle.
Le galassie peculiari
Le cosiddette galassie peculiari, invece, sono formazioni dove l’interazione e le forze mareali tra galassie sono state preponderanti. Un esempio di formazione di questo insieme è dato dalla galassia ad anello, che presenta una struttura anulare di stelle che circonda una barra centrale. Alcuni studiosi pensano che questo tipo di galassie si possa formare quando una galassia più piccola attraversa il centro di una galassia più grande. Probabilmente un evento come questo ha interessato la Galassia di Andromeda, la quale mostra una struttura ad anello multipla.
Oltre a queste classi esistono altre tipologie di galassie che non possono essere classificate nè come ellittiche, nè come spirali, che prendono il nome di galassie irregolari. Un esempio è quello rappresentato dalle “vicine” Nubi di Magellano, due piccole nubi che orbitano attorno alla nostra Via Lattea.
Le galassie nane
In realtà, oltre alle grandi galassie enunciate sopra, nel nostro Universo prevalgono le galassie nane. Si tratta di formazioni deboli che contengono al massimo qualche miliardo di stelle e sono solite ruotare come satelliti attorno ad un’altra grande galassia. La nostra Via Lattea, ad esempio, ne possiede poco meno di una ventina anche se, secondo alcuni studi, ce ne sarebbero altre da scoprire.
Anche le galassie nane si differenziano in ellittiche, spirali ed irregolari. Le ellittiche, che mostrano delle somiglianze con le galassie giganti, vengono chiamate galassie nane sferoidali.
È di recente scoperta una nuova classe di galassie denominata green bean (fagiolino), a causa del colore ed al fatto che assomigliano come aspetto alle galassie green pea (pisello verde). La prima galassia con queste peculiarità è stata osservata nella costellazione dell’Acquario ad una distanza di poco meno di quattro miliardi di anni luce. Considerando le ridotte dimensioni, queste formazioni risplendono la luce riflessa di un buco nero centrale massiccio che in molti casi presenta una ridotta attività.
Conclusioni
Quello che sembra certo è il fatto che i fenomeni di formazione stellare avvengono soprattutto nelle galassie più piccole, ancora ricche di nubi molecolari e quindi di un livello di idrogeno piuttosto elevato. In altre galassie, come quelle ellittiche, la formazione stellare risulta ridotta considerata la scarza presenza di nubi di gas.
Gli astrofisici sono propensi a credere che quando non ci saranno più stelle inizierà l’era degenere dell’Universo. Le galassie saranno composte da oggetti compatti come nane brune, nane bianche, buchi neri e stelle di neutroni. Come risultato finale, tutte le stelle potrebbero precipitare all’interno del buco nero supermassiccio centrale o essere scagliate nello spazio ipergalattico a seguito di collisioni.
