Galassia

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Una galassia è un sistema di grande massa legata gravitazionalmente composto da stelle, un mezzo interstellare di gas e polveri e materia oscura. ^[1][2] Il nome deriva dal greco γαλαξίας (galaxias), che significa "di latte", "latteo", con riferimento alla ben nota Via Lattea; le dimensioni delle galassie variano dalle piccole galassie che contengono una decina di milioni di stelle ^[3] fino alle galassie giganti, che possono contare al loro interno anche mille miliardi di stelle, ^[4] tutte orbitanti attorno ad un comune centro di massa. Le galassie possono inoltre contenere un gran numero di sistemi stellari multipli, ammassi aperti, globulari e vari tipi di nubi interstellari. Il Sole è una delle stelle che fanno parte della galassia nota come Via Lattea.

Storicamente, le galassie sono state categorizzate secondo la loro forma apparente, ossia sulla loro morfologia visuale. Una forma molto diffusa è quella ellittica, ^[5] che ha un profilo ad ellisse. Le galassie spirali possiedono invece una forma a disco con delle strutture spiraliformi che si irradiano dal nucleo. Le galassie con forma irregolare o insolita sono chiamate galassie peculiari e di solito sono il risultato degli effetti distruttivi e plasmanti delle spinte gravitazionali delle galassie vicine. Certe interazioni tra galassie vicine posso dar luogo ad un fenomeno di fusione tra galassie, che spesso provocano intensi fenomeni di formazione stellare, risultandone infine una galassia irregolare. ^[6]

Nell'Universo osservabile ci sono probabilmente più di 100 miliardi di galassie; ^[7] gran parte di queste hanno un diametro compreso fra 1000 e 100.000 parsec ^[4] e sono di solito separate da distanza dell'ordine di milioni di parsec (megaparsec, Mpc). ^[8] Lo spazio intergalattico (lo spazio fra le galassie) è intriso di un tenue gas con una densità inferiore ad un atomo per metro cubo. La maggior parte delle galassie sono organizzate in una gerarchia di associazioni chiamate ammassi, che possono formare gruppi ancora maggiori noti come superammassi. Queste grandi strutture sono di solito disposte all'interno di fogli e filamenti, che circondano immensi vuoti nell'Universo. ^[9]

Sebbene non sia ben chiaro, la materia oscura sembra occupare circa il 90% della massa della gran parte delle galassie. I dati provenienti dalle osservazioni inducono a pensare che possono esistere al centro di molte galassie, ma non di tutte, dei buchi neri supermassicci; questi singolari oggetti sarebbero la causa dell'attività del nucleo delle galassie cosiddette attive. La Via Lattea sembra nascondere uno di questi buchi neri nel suo nucleo. ^[10]

Indice 1 Etimologia 2 Osservazione amatoriale 3 Storia delle osservazioni 4 Tipi e morfologia 4.1 Ellittiche 4.2 Spirali 4.3 Altre forme 4.4 Nane 5 Dinamiche ed attività insolite 5.1 Interazioni 5.2 Starburst 5.3 Nuclei attivi 6 Formazione ed evoluzione 6.1 Formazione 6.2 Evoluzione 6.3 Evoluzioni future 7 Strutture a grande scala 8 Osservazioni a più lunghezze d'onda 9 Galleria fotografica 10 Note 11 Bibliografia 11.1 Libri 11.1.1 Generali 11.1.2 In dettaglio 11.2 Carte celesti 12 Voci correlate 12.1 Voci generiche 12.2 Strutture 12.3 Galassie brillanti o importanti 13 Altri progetti 14 Collegamenti esterni

[modifica] Etimologia

La parola galassia deriva dal termine greco che indicava la nostra Galassia, il termine appunto γαλαξίας (galaxias), che significa "latteo", o anche κύκλος γαλακτικός (kyklos galaktikos), col significato di "circolo galattico". Secondo la mitologia greca, Zeus mise suo figlio nato da donna mortale, il neonato Eracle, nel seno di Era mentre lei era addormentata, così che il bambino potesse bere il suo latte divino per diventare immortale. Era si svegliò durante l'allattamento e realizzò che stava nutrendo un bambino sconosciuto: respinse il bambino e il latte schizzò via, andando a bagnare il cielo notturno, formando la banda chiara di luce nota come "Via "Lattea". ^[11]

Quando William Herschel compilò il suo catalogo degli oggetti del cielo profondo, usò il nome nebulosa spirale per descrivere le caratteristiche di alcuni oggetti nebulosi, come la Galassia di Andromeda; queste "nebulose" furono in seguito riconosciute come immensi agglomerati di stelle quando si iniziò a scoprirne la distanza, dando origine alla teoria degli "universi-isola". Tuttavia, questa locuzione decadde dall'uso comune, poiché per "Universo" si intendeva la totalità dello spazio, con all'interno tutti gli oggetti osservabili, così si preferì adottare il termine galassia. ^[12] Di fatto, da un punto di vista strettamente etimologico, per ironia della sorte i termini "galassia" e "Via Lattea" sono sinonimi.

[modifica] Osservazione amatoriale

L'osservazione amatoriale delle galassie, rispetto ad altri oggetti del profondo cielo, è resa difficoltosa da due fattori principali. Il primo fra tutti è la grandissima distanza che ci separa dalle galassie esterne alla Via Lattea, che fa in modo che solo le più vicine siano visibili con facilità; il secondo fattore riguarda la luminosità superficiale di questi oggetti, in genere molto debole. Inoltre, molte delle galassie più vicine a noi sono delle galassie di piccole dimensioni, spesso formate solo da pochi milioni di stelle, ^[13] visibili solo con un potente telescopio (e non è un caso che molte di queste siano state scoperte solo in tempi recenti ^[14] ).

Oltre alla Via Lattea stessa, ossia la galassia all'interno della quale si trova il Sistema Solare, soltanto altre tre sono visibili ad occhio nudo: la Grande e la Piccola Nube di Magellano sono visibili dall'emisfero australe terrestre e si presentano come delle macchie irregolari, quasi dei frammenti staccati della Via Lattea stessa, la cui scia luminosa corre a breve distanza; si tratta di due galassie molto vicine, che orbitano attorno alla nostra; tra le galassie giganti invece, l'unica visibile ad occhio nudo è la Galassia di Andromeda, osservabile principalmente dall'emisfero boreale terrestre. Si tratta della galassia gigante più vicina a noi, e si presenta ad occhio nudo come un alone chiaro allungato, privo di dettagli. La Galassia del Triangolo, una galassia spirale di medie dimensioni poco più lontana della Galassia di Andromeda, già è invisibile ad occhio nudo, rivelandosi solo attraverso un binocolo nelle notti più limpide. Tra le galassie prossime al nostro Gruppo Locale ve ne sono alcune in direzione della costellazione dell'Orsa Maggiore (M81 e M82),^[15] ma già sono visibili solo con un telescopio amatoriale.

[modifica] Storia delle osservazioni

La scoperta che il Sole si trova all'interno di una galassia e che ci sono, di fatto, innumerevoli altre galassie, è strettamente legata alla scoperta della natura della Via Lattea.

Prima dell'avvento del telescopio oggetti così lontani come le galassie erano del tutto sconosciuti, data la loro bassa luminosità e la grande distanza. Alle civiltà classiche poteva essere nota soltanto una macchia chiara in direzione della costellazione di Andromeda (quella che venne per lungo tempo chiamata "Grande Nube di Andromeda"), visibile senza difficoltà ad occhio nudo, ma la cui natura era del tutto ignorata. Le due Nubi di Magellano, le altre galassie visibili ad occhio nudo, possedevano una declinazione troppo meridionale affinché potessero essere osservate dalle latitudini temperate boreali. Furono sicuramente osservate dalle popolazioni che vivevano nell'emisfero sud della Terra, ma ci hanno lasciato pochi riferimenti scritti. ^[16]

Verso la fine del XVIII secolo, Charles Messier compilò un catalogo delle 109 nebulose più luminose, seguito poco dopo da un catalogo di 5000 nebulose messo assieme da William Herschel. Nel 1845, William Parsons costruì un nuovo telescopio e fu in grado di distinguere le galassie ellittiche da quelle spirali. Riuscì inoltre a distinguere sorgenti puntiformi di luce in alcune di queste nebulose, dando credito all'ipotesi di Kant. Nonostante questo, le nebulose non vennero universalmente accettate come galassie separate finché Edwin Hubble non risolse la questione nei primi anni venti. Usando un nuovo telescopio, riuscì a risolvere in stelle le parti esterne di alcune nebulose a spirale e identificò tra queste alcune variabili Cefeidi, riuscendone quindi a stimare la distanza: erano troppo distanti per far parte della Via Lattea. Nel 1936, Hubble pubblicò un sistema di classificazione delle galassie in uso ancora oggi, la Sequenza di Hubble. ^[17]

Il primo tentativo di descrivere la forma della Via Lattea e la posizione del Sole al suo interno fu di William Herschel nel 1785, attraverso un conteggio scrupoloso del numero di stelle in regioni differenti del cielo. Disegnò in seguito un diagramma della forma della Galassia con il Sole nei pressi del suo centro.

Nel 1917 Heber Curtis osservò la nova S Andromedae all'interno della "Grande Nebulosa di Andromeda"; cercando poi nei registri fotografici trovò altre undici stelle novae. Curtis determinò che la magnitudine apparente di questi oggetti era stata 10 volte inferiore di quella che raggiungono gli oggetti all'interno della Via Lattea. Come risultato egli calcolò che la "nebulosa" dovesse trovarsi ad una distanza di circa 150.000 parsec. Diventò così un sostenitore della teoria degli "universi isola" che affermava che le nebulose di forma spirale erano in realtà galassie separate simili alla nostra. ^[18] Nel 1920 ebbe luogo il Gran Dibattito tra Harlow Shapley e Heber Curtis riguardo la natura della Via Lattea, delle nebulose spiraliformi e sulle dimensioni dell'Universo. Per supportare l'ipotesi che la Grande Nebulosa di Andromeda fosse in realtà una galassia esterna, Curtis indicà la presenza di linee oscure simili alle nebulose oscure osservabili nella Via Lattea, come anche il notevole Effetto Doppler osservato. ^[19]

Il problema fu definitivamente risolto da Edwin Hubble nei primi anni venti usando un nuovo e potente telescopio. Fu in grado di risolvere le parti esterne di alcune nebulose spiraliformi come insiemi di stelle e identificò alcune variabili Cefeidi, che lo aiutarono a stimare la distanza di queste nebulose: queste si rivelarono troppo distanti per essere parte della Via Lattea. ^[20] Nel 1936 lo stesso Hubble ideò un sistema di classificazione per le galassie ancora usato ai nostri giorni, la Sequenza di Hubble. ^[21]

[modifica] Tipi e morfologia

Per approfondire, vedi la voce Sequenza di Hubble.

Le galassie si dividono in tre tipi principali: ellittiche, spirali e irregolari; questa descrizione dei tipi di galassie in base alla loro morfologia è data dalla Sequenza di Hubble. Dato che la sequenza di Hubble è basata interamente sul tipo morfologico visivo, non sono citate alcune caratteristiche importanti di galassie come il tasso di formazione stellare delle galassie dello starburst e l'attività nel nucleo delle galassie attive. ^[6]

[modifica] Ellittiche

Per approfondire, vedi la voce Galassia ellittica.

Il sistema di classificazione di Hubble considera le galassie come ellittiche in base alla loro ellitticità, ossia alla loro apparenza sferica più o meno allungata; la scala di misura parte dalla classe E0, indicante le galassie di aspetto quasi sferico, alla classe E7, fortemente allungate. Queste galassie hanno un profilo ellissoidale, che conferisce loro un'apparenza ellittica a seconda dell'angolo visivo. La loro apparenza mostra pochi dettagli e in genere possiedono al loro interno un quantità relativamente bassa di materia interstellare; di conseguenza queste galassie possiedono un numero esiguo di ammassi aperti e un tasso ridotto di formazione stellare. Al contrario, queste galassie sono formate da stelle in genere più vecchie e più evolute orbitanti attorno ad un centro comune di gravità in direzioni casuali. Queste caratteristiche le rendono in parte simili ai molto più piccoli ammassi globulari. ^[22]

Le galassie più grandi sono chiamate ellittiche giganti. Si pensa che molte galassie ellittiche si siano formate a causa di interazioni fra galassie, che terminano nella collisione e nella successiva fusione l'una nell'altra; come conseguenza di ciò possono crescere di dimensioni fino a raggiungere il diametro delle galassie spirali. Le galassie ellittiche giganti sono spesso presenti al centro di grandi ammassi di galassie, dove le interazioni tra singole galassie possono avvenire più frequentemente. ^[23] Le galassie dello starburst sono il risultato di collisioni galattiche che possono dar luogo ad una galassia ellittica. ^[22]

[modifica] Spirali

Per approfondire, vedi le voci Galassia spirale e Galassia spirale barrata.

Le galassie spirali consistono in un disco di stelle e materia interstellare rotante attorno ad un centro, composto da stelle generalmente di età avanzata. All'esterno del centro, chiamato bulge, si trovano i bracci di spirale, relativamente luminosi. Nello schema di classificazione di Hubble, le galassie spirali sono indicate con la lettera S, seguita dalle lettere minuscole a, b o c, che indicano in grado di spessore dei bracci di spirale e la dimensione del bulge centrale. Una galassia di tipo Sa possiede dei bracci molto ben avvolti e poco definiti ed un nucleo centrale relativamente grande; viceversa, un galassia di tipo Sc ha dei bracci ben definiti ed un rigonfiamento centrale molto ridotto. ^[24]

Nelle galassie spirali i bracci di spirale hanno un andamento simile a quello di una spirale logaritmica, una figura che si può teoricamente mostrare come risultato di un disturbo nella rotazione uniforme della massa di stelle. Come le stelle, i bracci di spirale ruotano attorno al centro, ma con una velocità angolare che varia da punto a punto: questo significa che le stelle transitano all'interno e all'esterno dei bracci di spirale, e la loro velocità di rivoluzione diminuisce nelle stelle che si trovano nelle regioni esterne ai bracci, mentre è più rapida per le stelle che vi si trovano all'interno. Si pensa che i bracci di spirale siano delle aree ad alta densità di materia, o meglio delle onde di densità. Come le stelle si muovono attraverso il braccio, la velocità spaziale di ciascuna di esse viene modificata dalle forze gravitazionali della densità più elevata; questa velocità ridiminuisce come le stelle riescono dal braccio di spirale. Questo effetto ad "onda" può essere paragonato ad un punto di traffico intenso di un'autostrada, con le auto costrette a rallentare in determinati punti. I bracci di fatto sono visibili a causa della loro alta densità, che facilita per altro la formazione stellare, e spesso nascondono al loro interno stelle giovani e luminose.^[25][26]

Gran parte delle galassie spirali mostrano una struttura stellare lineare a forma di barra che si estende all'esterno di entrambi i lati del nucleo, da cui partono i bracci di spirale. ^[27] nella classificazione di Hubble questa classe di galassie sono indicate con la coppia di lettere maiuscole SB, accompagnate dalla lettera minuscola a, b e c, che indica la forma dei bracci di spirale allo stesso modo in cui vengono classificate le galassie spirali normali. Queste barre si pensa che siano delle strutture temporanee che si formano come risultato di un'onda di densità che irradia in direzioni opposte dal nucleo, oppure di una forza di marea con un'altra galassia. ^[28] Molte galassie spirali barrate sono attive, forse come risultato dell'incanalamento del gas all'interno del nucleo lungo i bracci. ^[29]

La nostra Galassia, la Via Lattea è una galassia spirale barrata di grandi dimensioni ^[30] con un diametro di circa 100.000 anni luce (30 kpc) ed uno spessore di circa 3000 anni luce (1 kpc); contiene circa 200 miliardi di stelle (2×10¹¹) ^[31] ed ha una massa totale di circa 600 miliardi (6×10¹¹) di Soli. ^[32]

[modifica] Altre forme

Le galassie cosiddette peculiari sono formazioni galattiche che sviluppano proprietà insolite, dovute all'interazione delle forze mareali di altre galassie. Un esempio di questa classe di oggetti è la galassia ad anello, che possiede una struttura anulare di stelle e mezzo interstellare che circonda una barra centrale. Si pensa che una galassia ad anello si possa formare quando una galassia più piccola passa attraverso il nucleo di una galassia spirale. ^[33] Probabilmente un evento come questo si è verificato nella Galassia di Andromeda, la quale, se osservata nell'infrarosso, mostra una struttura ad anello multipla. ^[34]

Una galassia lenticolare è invece una forma intermedia che ha sia le proprietà delle galassie ellittiche sia quelle delle galassie spirali. Sono classificate secondo la sequenza di Hubble con la sigla S0, e possiedono dei bracci di spirale non definiti con un alone ellittico di stelle. ^[35]

In aggiunta a queste due classi esiste una grande varietà di galassie che non possono essere classificate né come ellittiche, né come spirali: di solito ci si riferisce a queste galassie con l'appellativo di galassie irregolari. Una galassia Irr-I possiede alcune strutture che non possono allinearsi con lo schema di Hubble; una galassia Irr-II invece non possiede neppure una struttura che ricordi la sequenza di Hubble, perché potrebbero essere state distrutte da diverse interazioni. ^[36] Un esempio di galassie irregolari vicine alla nostra Galassia sono le due Nubi di Magellano.

[modifica] Nane

Per approfondire, vedi la voce Galassia nana.

Nonostante l'apparente prevalenza delle grandi galassie ellittiche o a spirale, la gran parte delle galassie dell'Universo sono in realtà delle galassie nane; queste deboli galassie possiedono circa un centesino del diametro della Via Lattea e contengono al massimo appena qualche miliardo di stelle. ^[37]

Molte galassie nane orbitano come satelliti attorno ad una singola grande galassia; la Via Lattea possiede poco meno di una ventina di galassie satelliti, ma secondo alcuni studi e ne esisterebbero altre. Alcune speculazioni parlano di altre 300 - 500 galassie minori ancora da scoprire. ^[38] Le galassie nane sono anche classificate come ellittiche, spirali ed irregolari. Dato che le galassie nane ellittiche spesso mostrano somiglianze con le galassie ellittiche giganti, sono spesso chiamate galassie nane sferoidali.

[modifica] Dinamiche ed attività insolite

[modifica] Interazioni

Per approfondire, vedi la voce Galassie interagenti.

La separazione media tra le galassie appartenenti ad un ammasso è un po' più elevata dell'ordine di grandezza del diametro delle galassie più grandi; a causa di ciò, le interazioni fra queste galassie sono relativamente frequenti, e svolgono un ruolo determinante nell'evoluzione di queste galassie. Le perdite di materia tra le galassie sono relaitvamente frequenti e risultano causate dalle distorsioni dovute alle forze mareali, che possono causare alcuni scambi di gas e polveri. ^[39][40]

Le collisioni avvengono quando due galassie passano direttamente l'una attraverso l'altra ed hanno abbastanza movimento per non andar incontro ad una fusione. Le stelle di queste galassie interagenti passano di solito con traiettorie dritte senza scontrarsi fra di loro. Tuttavia, i gas e le polveri delle due galassie vanno necessariamente incontro ad una interazione: le forze esercitate sulle nubi in collisione possono far scattare un violento fenomeno di formazione stellare ed il mezzo interstellare si disgrega e si comprime. Una collisione può distorcere enormemente la forma di una o di entrambe le galassie, formando barre, anelli o strutture piatte. ^[39][40]

Se l'interazione è particolarmente forte, le galassie si fondono fra loro; in questo caso il movemento delle due galassie non è sufficiente per consentire un tranquillo transito l'una dentro l'altra. Al contrario, tenderanno ad unirsi gradualmente per formare un'unica grande galassia. Nel caso in cui una delle galassie sia molto più grande dell'altra, il risultato è noto come cannibalismo galattico; in questo caso la galassia più grande non subirà notevoli deformazioni dalla fusione. Il nucleo di certe galassie minori può disposri separatamente nell'alone galattico, assumendo caratteristiche simili a quelle degli ammassi globulari. ^[41][42] La Via Lattea è attualmente in fase di fusione con la Galassia Nana Ellittica del Sagittario e con la Galassia Nana Ellittica del Cane Maggiore. ^[39][40]

[modifica] Starburst

Per approfondire, vedi la voce Galassia dello starburst.

Le stelle si formano all'interno di galassie da una riserva di gas freddo che forma una nube molecolare gigante. È stato osservato che alcune galassie possiedono un tasso di formazione stellare straordinariamente alto, fenomeno noto nell'ambiente scientifico come starburst. Se l'attività di starburst continuasse ad avvenire, la galassia ospitante il fenomeno consumerebbe la sua riserva di gas in un tempo molto inferiore rispetto alla vita media della galassia; dunque l'attività di starburst di solito dura al massimo una decina di milioni di anni, un lasso di tempo quasi istantaneo se paragonato alla vita di una galassia. Le galassie dello starburst erano molto più diffuse nella storia antica dell'Universo, ^[44] e, ad oggi, costituiscono il 15% di tutti i fenomeni di formazione stellare. ^[45]

Le galassie dello starburst sono caratterizzate da una forte concentrazione di gas e dalla presenza di stelle giovani e brillanti, incluse stelle supermassicce che ionizzano le nubi creando regioni H II. ^[46] Queste stelle massicce evolvono velocemente ed esplodono come supernovae, dando luogo a dei resti di supernova in espansione che interagisce violentemente con il gas circostante; queste esplosioni innescano una reazione a catena di formazione stellare che si estende a tutta la regione nebulosa. Solo quando il gas è prossimo ad esaurirsi o a disperdersi la reazione di starburst ha fine. ^[44]

Gli starburst sono spesso associati con le galassie interagenti o in via di fusione. L'esempio tipo di una galassia dello starburst per interazione è M82, che sperimentò una forte interazione con la vicina galassia maggiore M81. Le galassie irregolari spesso mostrano i segni di un'attività di starburst. ^[47]

[modifica] Nuclei attivi

Per approfondire, vedi la voce Galassia attiva.

Una parte delle galassie che possiamo osservare sono classificate come attive; in queste galassie una parte consistente dell'energia totale, di stelle, polveri e mezzo interstellare vengono emessi verso l'esterno come un getto.

Il modello standard di una galassia attiva è basato su un disco di accrescimento che si forma attorno ad un buco nero supermassiccio al centro del nucleo. La radiazione che parte da una galassia attiva risulta dall'energia gravitazionale di materia come questa cade dal disco all'interno del buco nero. ^[48] In circa il 10% di queste galassie è presente un doppio getto che si estende in direzioni diametralmente opposte dal nucleo ad una velocità simile a quella della luce. Il meccanismo in cui si producono questi getti non è ancora ben compreso. ^[49]

Le galassie attive che emettono radiazione ad alta energia in forma di raggi X sono classificate come galassie di Seyfert o quasar, a seconda della lorop luminosità. Si crede che i cosiddetti blazar siano galassie attive con un getto relativistico che punta in direzione della Terra; una radiogalassia emette invece frequenze radio attraverso i getti relativistici. Esiste un modello unificato per questa serie di galasie, che le descrive basandosi sull'angolo di visuale dell'osservatore. ^[49]

In relazione con le galassie attive si trovano probabilmente le regioni nucleari a linee di emissione a bassa ionizzazione; l'emissione da questo tipo di galassie è dominato da elementi debolmente ionizzati. ^[50] Circa un terzo delle galassie vicine avrebbero un nucleo a linee di emissione a bassa ionizzazione. ^[48][50][51]

[modifica] Formazione ed evoluzione

Per approfondire, vedi la voce Formazione ed evoluzione galattica.

Gli studi sulla formazione e l'evoluzione galattica cercano di fornire delle risposte riguardo a come le galassie si formarono e al loro percorso evoluzionistico lungo la storia dell'Universo. Alcune teorie in questo campo sono ora pienamente accettate, ma in campo astrofisico questo fronte di studio resta ancora aperto.

[modifica] Formazione

I modelli cosmologici attuali dell'Universo primordiale sono basati sulla teoria del Big Bang. Circa 300.000 anni dopo questo evento, iniziarono a formarsi gli atomi di idrogeno ed elio, in un evento chiamato ricombinazione. Quasi tutto l'idrogeno era neutro (non ionizzato) e assorbiva la luce mentre non vi era nessuna stella; come risultato di ciò questa fase viene chiamata "età nera". Fu dalle fluttuazioni di densità (o irregolarità anisotropiche) di questa materia primordiale che iniziarono ad apparire le strutture maggiori; come risultato, la massa della materia barionica iniziò a condensare con l'alone di materia oscura. ^[52] Queste strutture primordiali sarebbero poi diventate le galassie che oggi osserviamo.

Indizi sulle prime fasi della formazione delle galassie furono trovate nel 2006, quando si scoprì che la galassia IOK-1 possiede un insolitamente alto spostamento verso il rosso di 6,96, corrispondente ad un periodo risalente a 750 milioni di anni dopo il Big bang, che ne ha fatto la galassia più remota e antica conosciuta. ^[53] Mentre alcuni scienziati hanno stabilito che altri oggetti, come Abell 1835 IR1916, possiedono un elevato spostamento verso il rosso (redshift in gergo astronomico), e perciò possono essere osservati in uno stadio antico dell'evoluzione dell'Universo^[54], l'età e la composizione di IOK-1 è stata determinata con più certezza; l'esistenza di queste antiche protogalassie suggerisce che queste galassie devono essersi evolute nella cosiddetta "Età Oscura". ^[55]

Il processo di formazione delle galassie è una delle tante questioni ancora aperte in campo astronomico. Le teorie esistenti possono essere raggruppate in due categorie: top-down e button-up. Nelle prime (come nel modello ELS - Eggen–Lynden-Bell–Sandage) le protogalassie si formano a seguito di un vasto e simultaneo collasso avvenuto in circa un milione di anni; ^[56] secondo le altre teorie (come nel modello SZ - Searle-Zinn) invece si formarono inizialemnte solo gli ammassi globulari e in seguito alcuni di questi corpi iniziarono a crescere fino a formare le galassie più grandi. ^[57] Le teorie moderne devono essere modificate per tenere conto della probabile presenza degli aloni di materia oscura.

Una volta che le galassie iniziano a formarsi ed a contrarsi, appare al loro interno il primo alone di stelle (chiamato popolazione III di stelle); queste stelle sono composte per la quasi totalità da elementi leggeri, come idrogeno ed elio, e potrebbero avere una massa notevole. Se così fosse, queste stelle avrebbero rapidamente consumato la loro riserva di idrogeno combustibile esplodendo poi come supernovae, rilasciando elementi più pesanti (i prodotti della fusione nucleare) nel mezzo interstellare. ^[58] Questa prima generazione di stelle ri-ionizzò l'idrogeno neutro circostante, creando bolle di spazio in espansione attraverso cui la luce poteva viaggiare. ^[59]

[modifica] Evoluzione

Entro un miliardo di anni dalla formazione delle galassie, iniziano ad apparire le strutture tipo: si formano gli ammassi globulari, il buco nero supermassiccio ed il bulge (centro) galattico composto da stelle di popolazione II, povere in metalli. La creazione di un buco nero supermassiccio sembra giocare un ruolo fondamentale nell'afflusso di materia che andrà ad accrescere la galassia. ^[62] Durante questo periodo, all'interno delle galassie si verifica un esteso e potente fenomeno di formazione stellare. ^[63]

Durante i due miliardi di anni seguenti, la materia accumulata si dispone lungo il disco galattico. ^[64] Una galassia continuerà nel corso della sua esistenza a ricevere materiale proveniente da nubi ad alta velocità e galassie nane; ^[65] questa materia consiste principalmente in idrogeno ed elio. Il ciclo della nascita e morte stellarefa aumentare lentamente l'abbondanza di elementi pesanti, che favoriscono la formazione dei pianeti. ^[66]

L'evoluzione delle galassie può essere interessata da eventi come le interazioni e le collisioni. Le fusioni fra galassie furono comuni durante le epoche più antiche e la gran parte delle galassie possedevano una morfologia peculiare. ^[67] A causa della grande distanza fra le stelle, la quasi totalità dei sistemi stellari nelle galassie in collisione ne risultano indenni. Tuttavia, le forze mareali e gravitazionali in gioco possono creare delle lunghe correnti di stelle e polveri all'esterno delle galassie interessate, correnti note come "code mareali"; esempi di queste strutture possono essere osservate in NGC 4676 ^[68] o nelle Galassie Antenne. ^[69]

Come esempio di questo tipo di interazioni si può citare il fatto che la Via Lattea e la Galassia di Andromeda si stanno avvicinando alla velocità di 130 km/s e, a seconda del loro movimento laterale, le due galassie potrebbero collidere in circa cinque o sei miliardi di anni. (vedi la voce Collisione tra Andromeda e la Via Lattea) Sebbene la Via Lattea non si sia mai scontrata con galassie grandi come la Galassia di Andromeda, ci sono sempre più evidenze del fatto che la nostra Galassia si sia scontrata in passato (e tuttora) con galassie nane minori. ^[70]

Interazioni di larga scala come queste sono rare; come il tempo passa le collisioni fra due galassie di pari dimensioni diventano sempre meno comuni. Molte delle galassie luminose non hanno subito cambiamenti negli ultimi miliardi di anni ed anche il tasso di formazione stellare raggiunse il massimo picco cinque miliardi di anni fa. ^[71]

[modifica] Evoluzioni future

Attualmente, gran parte dei fenomeni di formazione stellare avvengono nelle galassie più piccole dove il gas freddo non è ancora così rarefatto. ^[67] Le galassie spirali, come la Via Lattea, producono nuove generazioni di stelle solo se e dove possiedono dense nubi molecolari di idrogeno interstellare; ^[72] le galassie ellittiche sono invece di fatto quasi del tutto prive di nubi di gas, perciò non producono nuove stelle. ^[73] L'afflusso di materia che provoca la formazione stellare ha un limite; una volta che le stelle hanno convertito l'idrogeno disponibile in elementi più pesanti, i fenomeni di formazione di nuove stelle ha termine. ^[74]

L'attuale era di formazione stellare si stima che continuerà ancora per circa cento miliardi di anni, dopo i quali l'"era delle stelle" inizierà a declinare, in un periodo compreso fra dieci e cento trilioni di anni (un trilione=mille miliardi, 10¹²), quando le stelle più piccole e longeve dell'Universo, le deboli nane rosse, termineranno il loro ciclo vitale. Alla fine dell'era delle stelle, le galassie saranno composte solo da oggetti compatti: nane brune, nane bianche tiepide o fredde ("nane nere") strelle di neutroni e buchi neri. Eventualmente, come risultato della relazione gravitazionale, tutte le stelle potrebbero cadere all'interno di un buco nero supermassiccio, oppure potrebbero essere scagliate nello spazio intergalattico in seguito a collisioni. ^[75][74]

[modifica] Strutture a grande scala

Per approfondire, vedi le voci Struttura a grande scala dell'universo e Gruppi e ammassi di galassie.

Osservazioni dello spazio profondo mostrano che le galassie si trovano spesso in associazioni relativamente strette con altre galassie. Le galassie solitarie che non hanno avuto interazioni significative con altre galassie di massa simile negli ultimi miliardi di anni sono molto rare: solo il 5% delle galassie osservate hanno mostrato condizioni di vero isolamento; tuttavia queste formazioni isolate potrebbero aver avuto interazioni ed eventualmente potrebbero aver subito delle fusioni con altre galassie nel passato e potrebbero possedere delle galassie satelliti più piccole. Le galassie isolate ^[76] possono produrre stelle ad un tasso più alto del normale, poiché il loro gas non è strappato via dalle interazioni con altre galassie vicine. ^[77]

In scala maggiore, l'Universo è in continua espansione, risultante da un continuo aumento di separazione tra le singole galassie (vedi Legge di Hubble). Le associazioni di galassie possono superare questa tendenza all'espansione solo in scala locale, attraverso la loro reciproca attrazione gravitazionale. Queste associazioni si formarono nei primi stadi dell'Universo, quando insiemi di materia oscura attrassero assieme le loro rispettive galassie; successivamente i gruppi più vicini si fusero, dando luogo ad ammassi di grandi dimensioni. Questo processo di fusione tra gruppi di galassie riscaldò il gas intergalattico compreso all'interno dell'ammasso portandolo ad alte temperature, che raggiunsero i 30-100 milioni di K. ^[78]. Circa il 70-80% della massa di un ammasso è formata da materia oscura, di cui il 10-30% è formato da questo gas ad alta temperatura; il restante 20-30% del totale forma le galassie. ^[79]

Gran parte delle galassie nell'Universo sono legate gravitazionalmente ad un numero di altre galassie; queste formano una gerarchia di strutture ad ammassi simile ad un frattale. Un semplice gruppo di galassie è il tipo più diffuso di ammasso di galassie, e queste formazioni contengono la gran parte delle galassie (come pure gran parte della massa barionica) dell'Universo. ^[80][81] Per restare gravitazionalmente legate in un gruppo, ogni galassia membro deve avere una velocità sufficientemente bassa da scongiurare un suo allontanamento (vedi Teorema del viriale). Se tuttavia l'energia cinetica è insufficiente, il gruppo potrebbe evolvere in un gruppo con meno galassie, poiché alcune di esse tenderanno a fondersi l'un l'altra. ^[82]

Le strutture maggiori che contengono invece diverse migliaia di galassie, concentrate in un'area di pochi megaparsec (1Mpc=un milione di parsec), sono chiamate ammassi. Gli ammassi di galassie sono spesso dominati da una singola galassia ellittica gigante, nota come Galassia di ammasso più brillante, che col tempo disgrega le sue galassie satelliti a causa della sua grande forza di marea, acquistandone la loro massa. ^[83]

I superammassi di galassie contengono decine di migliaia di galassie, che si dispongono in ammassi, gruppi e talvolta galassie singole. Al livello dei superammassi le galassie sono disposte all'interno di vaste superfici e filamenti, circondati da vaste aree vuote. ^[84] Oltre questa scala, l'Universo appare essere isotropico ed omogeneo. ^[85]

La Via Lattea è un membro di un'associazione chiamata Gruppo Locale, un gruppo relativamente piccolo di galassie che ha un dimatro di circa un megaparsec. La Via Lattea e la Galassia di Andromeda sono le due galassie più luminose del gruppo; molti degli altri membri sono galassie nane satelliti di queste due. ^[86] Il Gruppo Locale è a sua volta parte di una struttura di forma sferoidale all'interno del Superammasso della Vergine, una struttura grande ed estesa di gruppi di galassie che circondano l'Ammasso della Vergine. ^[87]

[modifica] Osservazioni a più lunghezze d'onda

Dopo che fu scoperto che all'esterno della Via Lattea esistono altre galassie, le osservazioni iniziali furono fatte principalmente nella banda della luce visibile; il picco di radiazione della gran parte delle stelle infatti ricade nella luce visibile, così l'osservazione delle stelle che formano le galassie costituiva la quasi totalità dell'astronomia ottica. La luce visibile è anche la banda migliore per osservare le regioni di gas ionizzato, allo scopo di esaminare la distribuzione delle polveri nei bracci di spirale.

La polvere cosmica presente nel mezzo interstellare è opaca alla luce visibile, mentre è già più trasparente al lontano infrarosso, che può infatti essere usato per osservare le regioni interne delle nubi molecolari giganti ed i centri galattici in grande dettaglio. ^[88] Gli infrarossi sono anche usati per osservare le galassie lontane che mostrano uno spostamento verso il rosso formatesi nei primi stadi dell'evoluzione dell'Universo. Il vapore acqueo e il diossido di carbonio assorbono una parte della porzione utilizzabile dello spettro infrarosso, così per l'osservazione all'infrarosso sono usati solo telescopi ad alta quota o in orbita nello spazio.

Il primo studio non visuale delle galassie, in particolare delle galassie attive, fu fatto usando le radiofrequenze; l'atmosfera è infatti quasi trasparente alle onde radio comprese fra 5 MHz e 30 GHz (la ionosfera blocca i segnali al di sotto di questa fascia). ^[89] Grandi radio interferometri sono stati usati per mappare i getti attivi emessi dai nuclei delle galassie attive. I radiotelescopi possono anche essere usati per osservare l'idrogeno neutro, includendo, in via potenziale, anche la materia non ionizzata dell'Universo primordiale che collassò in seguito nelle galassie. ^[90]

Telescopi a raggi X e ad ultravioletti possono osservare fenomeni galattici altamente energetici. Un brillamento (flare) agli ultravioletti fu osservato mentre una stella di una galassia distante fu catturata dal forte campo gravitazionale di un buco nero. ^[91] La distribuzione del gas caldo negli ammassi galattici può essere mappata attraverso i raggi X; infine, l'esistenza dei buchi neri supermassicci nei nuclei delle galassie fu confermata proprio attraverso l'astronomia a raggi X. ^[92]

[modifica] Galleria fotografica

NGC 55, una luminosa galassia spirale dalla forma vagamente irregolare vista di taglio.	NGC 253, una galassia spirale barrata nella costellazione dello Scultore.	NGC 300, una galassia spirale vista di faccia.	NGC 1097, una galassia spirale coi bracci molto aperti nella costellazione della Fornace.
La grande galassia NGC 1300, in cui è molto ben evidente la barra trasversale che attraversa il nucleo.	L'Oggetto di Hoag, una galassia peculiare con una struttura ad anello molto regolare.	M104, la Galassia Sombrero, una delle galassie più conosciute e fotografate dagli astrofili.	NGC 6050, un ottimo esempio di galassie interagenti, nella costellazione di Ercole.
NGC 4650A, una rarissima galassia ad anello polare.	La Galassia Vortice, una galassia in via di interazione con una galassia più piccola.	NGC 1672, una galassia spirale dalla forma allungata.	NGC 1316, una galassia lenticolare attarversata da delle bande oscure.

[modifica] Note

[modifica] Bibliografia

[modifica] Libri

[modifica] Generali

• (EN) Robert Burnham, Jr. Burnham's Celestial Handbook: Volume Two. New York, Dover Publications, Inc., 1978.
• (EN) Chaisson; McMillan. Astronomy Today. Englewood Cliffs, Prentice-Hall, Inc., 1993. ISBN 0-1324-0085-5
• (EN) Thomas T. Arny. Explorations: An Introduction to Astronomy. 3 updated^a ed. Boston, McGraw-Hill, 2007. ISBN 0073213691
• AA.VV. L'Universo - Grande enciclopedia dell'astronomia. Novara, De Agostini, 2002.
• J. Gribbin. Enciclopedia di astronomia e cosmologia. Milano, Garzanti, 2005. ISBN 88-11-50517-8
• Fulvio Melia. Il buco nero al centro della nostra galassia. Torino, Bollati Boringhieri, 2005. ISBN 8833916081
• W. Owen; et al. Atlante illustrato dell'Universo. Milano, Il Viaggiatore, 2006. ISBN 88-365-3679-4
• J. Lindstrom. Stelle, galassie e misteri cosmici. Trieste, Editoriale Scienza, 2006. ISBN 88-7307-326-3

[modifica] In dettaglio

• (EN) Terence Dickinson. The Universe and Beyond. 4th. Firefly Books Ltd., 2004. ISBN 1552979016
• (EN) James Binney, Michael Merrifield. Galactic Astronomy. Princeton University Press. ISBN 0691004021
• (EN) Sidney Bergh. The Galaxies of the Local Group. Cambridge, USA, Cambridge University Press, 2000. ISBN 0521651816
• (EN) Linda S. Sparke. Galaxies in the Universe: An Introduction. Cambridge, USA, Cambridge University Press, 2000. ISBN 0521597404
• (EN) James Binney. Galactic Dynamics. 2^a ed. Princeton University Press, 2008. ISBN 0691130272

[modifica] Carte celesti

• Tirion, Rappaport, Lovi. Uranometria 2000.0 - Volume I & II. Richmond, Virginia, USA, Willmann-Bell, inc., 1987. ISBN 0-943396-15-8
• Tirion, Sinnott. Sky Atlas 2000.0. 2^a ed. Cambridge, USA, Cambridge University Press, 1998. ISBN 0-933346-90-5
• Tirion. The Cambridge Star Atlas 2000.0. 3^a ed. Cambridge, USA, Cambridge University Press, 2001. ISBN 0-521-80084-6

[modifica] Voci correlate

[modifica] Voci generiche

• Ammasso di galassie
• Superammasso di galassie
• Formazione ed evoluzione galattica
• Struttura a grande scala dell'universo

[modifica] Strutture

• Bulge
• Disco galattico
• Galassia ellittica
• Galassia spirale
• Galassia spirale barrata
• Galassia nana
• Nana ultra-compatta

[modifica] Galassie brillanti o importanti

• Galassia del Triangolo
• Galassia di Andromeda
• Grande Nube di Magellano
• Piccola Nube di Magellano
• Galassia Centaurus A (galassia nel Centauro)
• Galassia Virgo A (galassia nella Vergine)
• Via Lattea (la galassia in cui si trova il Sistema Solare)

[modifica] Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene file multimediali su Galassia

• Wikizionario contiene la voce di dizionario «Galassia»

[modifica] Collegamenti esterni

• (EN) Galaxies, SEDS Messier pages
• (EN) An Atlas of The Universe
• (EN) Galaxies — Information and amateur observations
• (EN) The Oldest Galaxy Yet Found
• (EN) Galaxies — discussed on BBC Radio 4's "In Our Time" programme
• (EN) Galaxy classification project, harnessing the power of the internet and the human brain
• Galaxies, SEDS Messier pages
• animazione di una galassia nana inghiottita dalla Via Lattea