Le galassie ellittiche

Le galassie ellittiche sono una delle tre tipologie di galassie principali, insieme alle galassie a spirale e alle galassie irregolari, e si distinguono per la forma a ellisse, che può variare da una forma quasi sferica ad una forma allungata. La scoperta delle galassie ellittiche è attribuita all'astronomo Edwin Hubble, che le individuò per la prima volta negli anni '20 del XX secolo. Sono solitamente circondate da un gran numero di ammassi globulari e si trovano preferibilmente vicino ai centri dei gruppi galattici. Si estendono in dimensione dalle galassie ellittiche nane con decine di milioni di stelle, alle supergiganti con oltre cento trilioni di stelle. Al centro di ogni galassia ellittica massiccia si trova un buco nero supermassiccio. A differenza delle galassie a spirale piatte con organizzazione e struttura, le galassie ellittiche sono più tridimensionali, senza molta struttura, e le loro stelle sono in orbite piuttosto casuali attorno al centro​​.

Le galassie ellittiche hanno forme molto diverse, possono variare dallo essere quasi sferiche (E0) a molto schiacciate (E7). L'ellitticità (e) viene determinata dalla formula:
\[ e = 1 - \frac{a}{b} \]
dove \( a \) rappresenta l'asse minore e \( b \) l'asse maggiore.

Le galassie ellittiche sono caratterizzate principalmente dall'assenza totale o parziale di momento angolare, che rappresenta la quantità di moto rotazionale di un oggetto. A causa di questa mancanza, le stelle in una galassia ellittica si muovono in modo casuale e senza un'orbita ben definita, a differenza di quelle in una galassia a spirale dove il momento angolare contribuisce a creare bracci spirale e dischi di stelle.

Inoltre, le galassie ellittiche non presentano stelle giovani, perché la formazione stellare si è conclusa da tempo. Sono principalmente composte da stelle di popolazione II, ovvero stelle più vecchie e a bassa massa rispetto alle stelle di popolazione I, che sono invece giovani e massicce. Anche le nubi di gas e polveri interstellari sono poco presenti o addirittura assenti nelle galassie ellittiche. La formazione stellare in queste galassie è tipicamente minima, ma possono subire brevi periodi di formazione stellare quando si fondono con altre galassie.

Sebbene le galassie ellittiche siano principalmente costituite da stelle di popolazione II, ci sono alcune eccezioni. Ad esempio, NGC 1277, una galassia ellittica massiccia situata a circa 220 milioni di anni luce di distanza, contiene stelle di popolazione I che sono tipiche delle galassie a spirale.

Le dimensioni di una galassia ellittica

Le dimensioni di queste galassie possono variare notevolmente, da piccole galassie nane come M32 e M110, che sono satelliti della Galassia di Andromeda, fino a galassie giganti come la galassia ellittica M87. Questo ha portato alla creazione di sottoclassi per raggruppare proprietà più specifiche, come galassie normali, giganti e nane.

• Galassie ellittiche normali
  Le galassie normali costituiscono la maggior parte delle galassie ellittiche. Sono caratterizzate da un'elevata brillanza superficiale e hanno masse intorno ai 10¹³ masse solari con una grande componente di materia oscura. Il rapporto M/L ossia massa su luminosità è anche cento volto superiore rispetto a quello del sistema solare. La materia oscura è una forma di materia invisibile che interagisce solo attraverso la forza gravitazionale con la materia "ordinaria".
• Le galassie giganti (cD)
  Le galassie giganti hanno brillanze superficiali più basse, masse più elevate e una quantità significativa di materia oscura. In questo caso il rapporto M/L è circa dieci volte maggiore rispetto a quello del sistema solare.
• Le galassie nane (dE)
  Le galassie nane sono molto più piccole e meno massicce. Pertanto, la componente luminosa ha un peso maggiore nel rapporto M/L che risulta molto più basso rispetto alle precedenti, compreso tra 0.1 e 1. Hanno dimensioni pari a 1/3 rispetto alla Via Lattea. In genere la massa è composta prevalentemente da stelle di nuova generazione e una scarsa presenza di materia oscura.

La velocità di rotazione

Le galassie ellittiche hanno velocità rotazionali generalmente più basse rispetto alle galassie a spirale. La velocità rotazionale media nelle galassie ellittiche è compresa tra i 50 e i 100 km/s. La minore velocità di rotazione delle galassie ellittiche è uno degli indizi che suggerisce che queste galassie potrebbero essersi formate tramite la fusione di galassie più piccole, un processo che aumenta la massa della galassia risultante e tende a ridurre la sua velocità rotazionale.

Il profilo di luminosità

La spettroscopia ha rivelato che la luminosità complessiva delle galassie ellittiche è principalmente dovuta alla presenza di giganti rosse. Queste sono vecchie stelle che hanno esaurito l'idrogeno nei loro nuclei e sono entrate in una fase finale del loro ciclo vitale. L'analisi della luce proveniente dalle giganti rosse può anche fornire stime sull'età media di queste stelle, che si pensa si siano formate circa 10 miliardi di anni fa. Malgrado le giganti rosse contribuiscano in modo significativo alla luminosità, la maggior parte della massa stellare visibile è data da stelle di età media con una massa simile al Sole, che si trovano ancora nella sequenza principale, ovvero nella fase più lunga e stabile della loro evoluzione stellare.

L'origine e l'evoluzione delle galassie ellittiche

In passato, gli astronomi ritenevano che le galassie ellittiche non subissero alcuna trasformazione durante il loro ciclo di vita, se non per l'inevitabile affievolimento della loro luminosità causato dalla progressiva morte delle stelle. Queste galassie erano considerate "statiche", "morenti" o prive di vita. Tuttavia, grazie ad alcune recenti osservazioni, è stato scoperto che alcune galassie ellittiche ospitano anche ammassi aperti di giovani stelle blu. La loro presenza smentisce l'ipotesi della staticità delle galassie ellittiche che, al contrario, potrebbero avere un passato dinamico e turbolento.

In questa nuova visione, le galassie ellittiche potrebbero essere il risultato di un lungo processo dinamico che ha avuto origine dalla collisione o la fusione di due o più galassie più piccole, in quanto mancano di strutture come i bracci a spirale, che sono più tipici delle galassie tranquille e isolate. Nelle ellittiche le stelle si muovono in maniera più caotica, con velocità differenti e non in un piano rotazionale ordinato come nelle galassie a spirale. Sono indizi che lasciano pensare a un evento cosmico imponente avvenuto nel passato, come una collisione o una fusione di galassie.

Inoltre, recenti studi hanno dimostrato che le galassie ellittiche ruotano meno velocemente rispetto a quelle a spirale. La velocità rotazionale media nelle ellittiche è compresa tra i 50 e i 100 km/s, mentre il Sole che si trova in una galassia a spirale, per esempio, si muove a una velocità di circa 250 km/s. Questo è un altro indizio che suggerisce che queste galassie si siano formate tramite la fusione di galassie più piccole, poiché una fusione aumenta la massa della galassia e riduce la sua velocità di rotazione.

L'osservazione di galassie ellittiche più lontane ha mostrato che sono spesso circondate da un alone di materia oscura. Le fusioni di galassie sono processi estremamente caotici che possono disperdere stelle e gas in vaste regioni dello spazio, poiché la materia oscura non interagisce elettromagneticamente, ma solo a livello gravitazionale, può diffondersi in modo più esteso. Questo fenomeno è un ulteriore indizio che le galassie ellittiche abbiano avuto un passato caratterizzato da turbolenze e collisioni con altre galassie.

In conclusione, le galassie ellittiche rappresentano un interessante campo di studio per gli astronomi, poiché permettono di comprendere meglio la storia e l'evoluzione dell'universo.