Le galassie

Le galassie sono insiemi di oggetti celesti tra i più vasti e complessi dell'universo osservabile. Ogni galassia è costituita da milardi di stelle, sistemi planetari, ammassi stellari, nebulose, gas e polveri, tutti legati tra loro dalla forza di gravità, che orbitano intorno a un punto centrale detto nucleo o centro della galassia. Molte galassie ospitano al centro un buco nero supermassiccio attorno al quale orbita tutto il resto.

Il termine "galassia" deriva dal greco gàlaktos che significa latte. Questo nome deriva dal fatto che i primi astronomi della storia antica vedevano nel cielo notturno una scia luminosa, di colore bianco, che la mitologia greca spiega come un fiume di "latte" divino della dea Era. In realtà, questa striscia è il disco galattico che noi vediamo dalla Terra.

Nel corso della storia dell'astronomia il termine "galassia" è stato usato inizialmente usato per indicare la Via Lattea, la nostra galassia. All'inizio del XX secolo ci si rese conto che esistono anche altre galassie nell'universo osservabile, molte delle quali sono anche più grandi della nostra (es. la galassia di Andromeda). Per non fare confusione, oggi il termine "Galassia" con la G maiuscola indica la Via lattea, mentre il termine "galassia" minuscolo tutte le altre. Gli oggetti che non appartengono alla nostra galassia sono anche indicati come oggetti di origine "extragalattica".

Le dimensioni delle galassie

La dimensione delle galassie è estremamente variabile, possono variare dalle piccole galassie nane, contenenti poche centinaia di milioni di stelle, alle galassie giganti che contengono un numero di stelle nell'ordine di centomila miliardi. Variano in diametro da 30.000 a 300.000 anni luce (a.l.) e si raggruppano in ammassi e superammassi, piuttosto che distribuirsi omogeneamente nello spazio cosmico. In genere le galassie si dispongono a una distanza almeno 10 volte superiore ai loro diametri. Tuttavia, non mancano i casi di collisioni e interazioni galattiche. Va detto che non tutte le strutture celesti composte da stelle sono considerate galassie. Per definizione, una galassia deve avere almeno una massa di 10⁶ masse solari. Questo criterio distingue le galassie da altri oggetti come gli ammassi globulari e gli altri ammassi stellari.

Ad esempio, la nostra galassia è la Via Lattea anche detta Galassia con la lettera iniziale maiuscola. È una galassia a spirale che si estende per un diametro di 100.000 anni luce ed è composta da 200-400 miliardi di stelle. Il numero di stelle non è ancora ben definito. Un tempo gli astronomi pensavano che l'Universo fosse limitato alla nostra galassia. In realtà la Via Lattea è solo una galassia tra le centinaia di miliardi di galassie dell'Universo conosciuto. Le distanze tra le galassie vanno oltre la nostra immaginazione. Basti pensare che la galassia di grandi dimensioni più vicina, Andromeda, dista da noi circa 2 milioni di anni luce.

Spesso una galassia ospita al suo interno un buco nero supermassiccio, ovvero un oggetto estremamente compatto e denso che esercita una forte attrazione gravitazionale. Questi buchi neri sono circondati da un disco di accrescimento, una struttura composta da gas e polveri che si sta lentamente avvicinando al buco nero. Mentre il disco di accrescimento viene sbriciolato dalla forte attrazione gravitazionale del buco nero, si genera energia che viene emessa sotto forma di raggi X e gamma.

Tuttavia, le galassie non sono tutte uguali. Ogni galassia è unica e ha caratteristiche peculiari. Ad esempio, alcune galassie sono prive di un buco nero supermassiccio al loro centro. Le dimensioni e le forme delle galassie sono molto variabili. Osservandole, possiamo però capire l'evoluzione dell'universo e il processo chimico-fisico della formazione delle stelle e degli altri corpi celesti.

Tipi di galassie

Le galassie sono state categorizzate in base alla loro forma apparente, che viene definita come morfologia visuale. Una prima classificazione delle galassie si deve all'astronomo statunitense Hubble, poi successivamente rivista da Sandage e dalla comunità scientifica. Attualmente esistono diverse tipologie principali di galassie:

• Le galassie ellittiche (E)
  Le galassie ellittiche sono le forme più semplici e si presentano come ellissi dai contorni sfumati con ellitticità variabile, e sono in effetti ellissoidi di rotazione. La loro luminosità decresce dal centro alla periferia, perché gran parte delle stelle è concentrata nei pressi del centro della galassia. A seconda della loro forma, più o meno piatta, sono a loro volta suddivise in vari sottoclassi da E0 a E7.
• Le galassie a spirale (S)
  Le galassie a spirale sono caratterizzate dalla loro forma discoidale e dalle strutture spiraliformi (dette bracci a spirale) che si dipartono dal loro nucleo centrale. La forma a disco della galassia è il risultato della rotazione del gas e delle stelle all'interno della galassia. Sono caratterizzate da regioni più luminose, dove si addensano di più le stelle, e regioni più oscure. A seconda della loro dimensione sono classificate in tre sottoclassi: S_a (le più grandi), S_b e S_c. La nostra galassia è una galassia a spirale del tipo S_b.
• Le galassie a spirale barrata (SB)
  Sono galassie caratterizzate da una barra, dai cui estremi si diramano i bracci a spirale. A loro volta sono classificate in base alla loro dimensioni di tre sottoclassi: SB_a, SB_b, SB_c.
• Le galassie di forma irregolare o insolita sono dette galassie peculiari. Non hanno una forma regolare e non presentano simmetrie e spesso contengono molte giovani stelle e gas. La loro luminosità è in genere ridotta. Alcuni esempi di galassie di questo tipo sono la Piccola e la Grande Nube di Magellano.

Queste categorie morfologiche sono a loro volta suddivise in ulteriori sotto-categorie. Esistono anche situazioni intermedie. Ad esempio, alcune galassie discoidali presentano anche alcune caratteristiche delle galassie ellittiche e di quelle a spirale.

Altri sistemi di classificazione. Le galassie sono anche classificate in base alla loro popolazione stellare predominante. La loro forma apparente può apparire diversa a seconda della lunghezza d'onda dello spettro elettromagnetico in cui le si osserva: ad esempio una galassia irregolare può mostrare regioni e strutture che appaiono nell'infrarosso o nell'ultravioletto e che la fanno apparire diversa se osservata in queste lunghezze d'onda rispetto alla sua forma in luce visibile.

Le galassie non sono oggetti isolati, ma si trovano in relazione con altre galassie dell'universo. Pertanto, la loro forma può essere influenzata dalla presenza di altre galassie vicine, ad esempio le galassie irregolari possono essere il risultato di deformazioni prodotte da interazioni mareali con le galassie vicine o da collisioni. Se le interazioni sono particolarmente intense, può aver luogo la fusione di due galassie, che può dare luogo alla formazione di una galassia irregolare.

Il rapporto tra la massa e la luminosità di una galassia

Lo studio delle galassie si concentra principalmente su due caratteristiche: quanto sono pesanti (massa) e quanto brillano (luminosità). Per capire meglio questi aspetti, usiamo strumenti che possono misurare come le parti di una galassia si muovono e quanto velocemente lo fanno.

• Massa (m)
  Le informazioni sul moto delle stelle in una galassia ci permettono di stimare la sua massa. La spettrometria fornisce molti dati sulla velocità e sul verso di rotazione del disco galattico. Se le stelle si muovono velocemente, probabilmente la galassia è piuttosto massiccia.
• Luminosità (L)
  La luminosità totale di una galassia (o brillanza) è un altro dato utile per studiare la galassia. La difficoltà sta nel misurare la luce proveniente da una galassia eliminando quella proveniente da altre fonti, come quella delle stelle più vicine a noi o quella proveniente da altre galassie.

Dopo aver misurato quanto una galassia è pesante e quanto è luminosa, possiamo calcolare il rapporto tra la massa e la luminosità m/L e confrontarla con il rapporto massa / luminosità del nostro Sole. Se il rapporto tra massa e luminosità della galassia è molto più alto di quello del Sole, allora questo può significare che c'è qualcosa nella galassia che non possiamo vedere e che aggiunge massa ma non brilla, quello che gli astronomi chiamano "materia oscura". Viceversa se il rapporto tra la massa e la luminosità è molto più basso, la galassia potrebbe essere composta da stelle giovani che emettono molta più luce rispetto a quelle più vecchie.

Si utilizza il Sole come paragone di riferimento perché è una stella di medie dimensioni nella nostra galassia, è nel mezzo del suo ciclo vitale e la sua massa è prevalente nell'intero Sistema Solare. Quindi, si può dedurre che in media il rapporto massa/luminosità del Sole è approssimativamente molto simile a quello della nostra galassia.

I gruppi, gli ammassi e i superammassi

Le galassie non sono distribuite in modo uniforme nell'universo, ma sono organizzate in gruppi e ammassi di galassie. Questi raggruppamenti di galassie sono tenuti insieme dalla forza di gravità e possono contenere da poche dozzine a migliaia di galassie.

• Gruppi
  I gruppi ospitano decine di galassie
• Ammassi
  Gli ammassi ospiano centinaia di galassie

A loro volta i gruppi e gli ammissi possono far parte di strutture più grandi dette superammassi. I superammassi di galassie sono le più grandi strutture dell'universo osservabile e possono contenere da diverse centinaia a migliaia di ammassi di galassie.

Le recenti ricerche astronomiche hanno dimostrato che le galassie non sono distribuite casualmente nello spazio ma tendono a formare strutture come gruppi, ammassi e superammassi. Questo indica l'esistenza di un modello organizzato alla base della disposizione delle galassie nello spazio cosmico. Una delle teorie prevalenti che spiega questa organizzazione strutturale è l'influenza della materia oscura. La materia oscura, pur non essendo direttamente osservabile, poiché non emette né assorbe radiazione, esercita una forza gravitazionale sulle galassie e sulla materia visibile.