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APPUNTI DI ASTRONOMIA Galassie

Prof.ssa Patrizia Moscatelli Liceo Scientifico Statale Vito Volterra Pagina 1 di 8

1. Le galassie

Tutto l’Universo non è altro che un insieme costituito da tante entità di materia concentrata, chiamate Galassie, separate da materia interstellare.

Una galassia racchiude miliardi di stelle, gas, polveri e materia oscura legati insieme dall'attrazione gravi-tazionale. La materia oscura è uno dei misteri più af-fascinanti della fisica moder-na. A differenza della mate-ria di cui siamo fatti tutti noi, detta materia barionica, la materia oscura non emette luce ed è quindi impossibile da vedere direttamente.

Per determinare la sua presenza ci si affida però allo studio delle perturbazioni gravitazionali esercitate sugli altri corpi, e da queste misure emerge uno scenario decisamente curioso. Tutte le stelle, le nebulose e le galassie visibili sono una frazione minoritaria del bilancio cosmico: la materia oscura costituisce circa l'85% della materia dell'Universo.

Anche la nostra galassia che ospita il Sistema solare ha materia oscura compresa tra noi ed il centro della galassia.

Il nostro Sistema Solare non è altro che una piccola parte all’interno di una galassia, chiamata semplicemente “la Galassia” con la G maiuscola oppure “Via Lattea”. Le altre galassie sono state osservate per secoli, tuttavia la loro vera natura è stata riconosciuta con certezza solo all'inizio del XX secolo. L'Universo visibile contiene decine di miliardi di galassie!



2. ClassificazioneLe galassie si diversificano l’una dall’altra, pertanto la loro classificazione

può essere condotta secondo diversi criteri, quali la dimensione, la morfologia e il tipo di radiazione maggiormente emessa.

Comunemente si usa la catalogazione proposta da Edwin Powell Hubble, un famoso astronomo americano che le distinse in quattro gruppi omogenei considerando il loro aspetto e le loro dimensioni:

– galassie ellittiche: non contengono polvere interstellare e sono formate soprattutto da stelle vecchie. Sono indicate con una E maiuscola seguita da un numero che va da 0 a 7 per indicare il grado di schiacciamento dell’ellisse; alla sigla E0 corrisponde una forma circolare, che si allunga sempre più sino ad arrivare a E7, una galassia ellittica fortemente schiacciata, dalla forma simile ad un pallone da rugby.

– galassie a spirale: hanno una parte centrale più densa di forma più o meno sferica e da un disco circolare molto schiacciato. Dal nucleo galattico o da una specie di barra centrale partono i bracci di spirale; hanno sia stelle giovani che vecchie. Vengono indicate con la lettera “S”.



– galassie a spirale barrata: vengono classificate con le lettere “SB”. Le galassie a spirale barrata, si distinguono perché il loro nucleo è attraversato in senso longitudinale da una barra pressoché uniforme di gas e stelle; i bracci della spirale si originano proprio a partire dall’elemento rettilineo centrale. Hanno sia stelle giovani che vecchie. – galassie irregolari:

contengono principalmente stelle giovani con nubi di gas e polveri interstellari. Non hanno un nucleo o altre strutture ben definite; si pensa derivino da collisioni tra galassie (eventi più frequenti di quanto si pensi) oppure siano galassie «de-formate» dalla forza di gravità di altre strutture supermassive che si trovano nei paraggi.

3. La Via LatteaIl nome deriva dalla mitologia greca: rappresentava la strada percorsa dagli

dei per raggiungere il palazzo di Giove originata da gocce di latte emesse da Giunone nell’allattare Ercole. La nostra Galassia contiene circa cento miliardi di stelle. Quasi tutti gli oggetti visibili ad occhio nudo (stelle, ammassi stellari, nebulose eccetera) fanno parte della nostra Galassia. Galileo fu il primo ad osservarla, ma solo alla fine del 1700, William Herschel scoprì la sua struttura a disco. La Via Lattea è una galassia a spirale barrata; ha la forma di un disco molto appiattito, con diversi bracci, disposti sul piano del disco galattico, un



diametro di circa 100 000 al (30 kpc) e uno spessore medio di 5000 al, massimo nella zona centrale dove si trova un evidente rigonfiamento.Questo rigonfiamento, detto nucleo galattico, presenta una densità stellare molto elevata, mentre scarseggiano gas e polveri; si tratta di stelle vecchie formatesi probabilmente in una fase «giovanile» della galassia. Oltre al nucleo si estende il

disco galattico, dal quale partono alcuni bracci, tra cui il braccio di Orione, dove si trova il Sistema Solare. Intorno al disco vero e proprio, si osserva un alone galattico quasi sferico, costituito da stelle vecchie, spesso raggruppate in ammassi.Il Sole si trova in posizione periferica, lì dove si assiste alla formazione di molte stelle di II generazione. In questa regione la

densità stellare è inferiore rispetto a quella della regione centrale. Questa lontananza è garanzia di stabilità: i grandi spazi proteggono il Sistema Solare da collisioni o esplosioni di supernovae.

Le stelle all’interno delle galassie si possono distinguere in:- stelle di popolazione II, cioè di prima generazione, che risalgono alle prime fasi di vita della nostra Galassia, quando il gas era composto quasi totalmente da idrogeno; - stelle di popolazione I, di seconda generazione, formate da gas già arricchito dalle stelle di prima generazione, che sono esplose come supernovae



o hanno rilasciato del gas sotto forma di vento stellare. Queste ultime hanno dunque una composizione chimica più arricchita in metalli rispetto alle prime.

Le stelle della nostra galassia sono per metà isolate, e per metà raggruppate in ammassi. Un ammasso di stelle è qualcosa di straordinario, anche perché si è scoperto che molte stelle si formano all’interno di ammassi, e questo sembra il risultato di un processo un po’ diverso dal modello standard della nascita di una stella, in quanto chiama in causa l’influenza dell’ambiente stellare già in evoluzione. Gli ammassi vengono distinti in:

- ammassi aperti o galattici - ammassi globulari.

Gli ammassi aperti hanno forma irregolare e sono costituiti da poche centinaia di stelle giovani con abbon-dante materia interstellare distribuiti nel disco galattico arricchitosi di elementi pesanti prodotti dall’esplosione delle stelle vecchie dell’alone. Le stelle sono di popolazione I,

di seconda generazione con alta metallicità. Il Sole, che ha circa 5 miliardi di anni, è una stella di popolazione I.

Gli ammassi globulari, invece, sono formati da migliaia di stelle vecchie con scarsa materia interstellare distribuite maggiormente nell’alone e nel nucleo centrale. Le stelle di un ammasso globulare sono così fitte da essere difficilmente risolubili come singoli elementi se non nell’estrema periferia; tuttavia il volume che ognuna occupa è ancora tale che le



probabilità di collisione tra stelle sono in pratica nulle. Mancano stelle bianco – azzurre mentre abbondano le giganti rosse. Le stelle di questi ammassi sono generalmente stelle di prima generazione, povere di metalli pesanti.

Al centro di molte galassie a spirale o ellittiche si trova un buco nero di grande massa. Ad esempio, si ritiene che al centro della nostra Galassia ci sia un buco nero di circa 100000 masse solari.

4. Moti delle galassieLe stelle all’interno della galassia esercitano attrazioni gravitazionali l’una con

l’altra che permettono loro dei movimenti rotatori. Tali movimenti risultano minimi nelle galassie ellittiche dove velocità di rotazione e gravità si bilanciano e diventano più evidenti nelle ellittiche con variazioni di velocità tra interno ed esterno della galassia. La parte periferica risulta più veloce di quella interna. Anche il Sole (con tutto il Sistema solare) compie questo movimento e impiega 225 milioni di anni a fare un giro completo.

Oltre al movimento di rotazione le galassie hanno anche quello di traslazione cioè di allontanamento. Dal momento che le galassie non sono sistemi isolati, possono interagire gravitazionalmente; capita che si avvicinino o addirittura che si scontrino. In questi casi si vedono le forme più strane, come ad esempio “ponti” di stelle che collegano due galassie, o galassie di forma circolare! Tali collisioni galattiche non implicano normalmente una vera interazione tra le stelle, perché all’interno di ciascuna galassia la distanza tra un astro e l’altro è in genere molto superiore al loro diametro.

Le collisioni coinvolgono invece nebulose, polveri, materiale interstellare: le galassie possono deformarsi, disgre-garsi parzialmente oppure fondersi producendo movimenti di materia e formazione di nuove stelle.

5. Associazione fisica di galassie



Le galassie distano le une dalle altre 2 o 3 milioni di anni luce e solo il 15% di es- se conduce una vita solitaria. In certi casi sono sufficientemente vicine da risentire di una reciproca attrazione gravitazionale: si formano così sistemi di aggregazione detti gruppi.

Per esempio, la nostra Galassia fa parte di un gruppo detto “Gruppo Locale”, costituito da una settantina di galassie di piccole dimensioni. Galassie di grandi dimensioni come la nostra possono avere galassie satelliti che orbitano intorno alla Via Lattea come la Grande Nube di Magellano e la Piccola Nube di Magellano e che quindi fanno parte del Gruppo Locale. I gruppi tendono poi a radunarsi in ammassi di centinaia o migliaia di

galassie e gli ammassi in superammassi.

L’ammasso di galassie a noi più vicino è quello della Vergine, a circa 55 milioni di a.l. di distanza e la distanza tende a diminuire visto che il nostro Gruppo Locale si sta avvicinando ad una velocità di 200 km/s.

6. Galassie attiveAlcune galassie sono chiamate “galassie attive”, perché nel loro nucleo avvengono fenomeni spesso non ancora del tutto compresi che le portano a emettere una enorme quantità di energia, anche cento volte quella di una galassia normale, non riconducibile agli usuali processi di fusione delle stelle. I più importanti tipi di galassie attive sono i quasar e le radiogalassie.Si pensa che in queste galassie si verifichino particolari fenomeni esplosivi e turbolenti. Nella maggior parte dei casi il centro dell’attività è la regione centrale della galassia, che talvolta si presenta tanto luminosa da offuscare le altre regioni. Questi oggetti sono probabilmente tre diverse manifestazioni dello stesso fenomeno.



Secondo molti studiosi, l’attività delle galassie attive dipenderebbe dalla presenza al centro di un enorme buco nero, che inghiotte materia a velocità elevatissima. La caduta di materia verso il buco nero provocherebbe l’emissione di energia, un’intensa emissione di onde radio e variazioni di luminosità. I quasar sono corpi così brillanti da sembrare oggetti stellari ordinari, da qui il nome quasar ad indicare “quasi stella radiosource”. In realtà non si tratta di stelle, ma di oggetti estremamente luminosi situati ai limiti dell’Universo osservabile.La distanza risulta essere dell’ordine di miliardi di anni luce. Poiché sono visibili in cielo nonostante l’elevatissima distanza, i quasar devono avere una luminosità intrinseca enorme e di natura sconosciuta: non è stato possibile definire una fonte di energia tale da generare una emissione così potente.Le radiogalassie sono galassie caratterizzate da un'emissione di onde radio molto intense (circa 100 volte rispetto a quelle normali).

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