Le parole dell'astronomia: Galassie peculiari

Circa il 90% delle galassie dell'Universo appartiene a due grandi famiglie: le ellittiche, dalla forma sferoidale e in generale priva di strutture, e le spirali, le meravigliose girandole cosmiche che sicuramente abbiamo visto in moltissime foto su internet. A seconda di come le guardiamo, le galassie a spirale possono mostrare la tipica struttura, se viste "di faccia", o apparire come degli oggetti molto allungati con un rigonfiamento centrale, di solito tagliati da una banda oscura, se viste "di taglio". Sebbene l'aspetto sembri differente, anche questi "dischi volanti cosmici" appartengono sempre alla categoria delle spirali.

La galassia di Hoag fotografata dal telescopio spaziale Hubble

Ci sono circa il 5-10% delle galassie, tuttavia, che non mostrano una forma definita. Per questo motivo, e con moltissima fantasia, sono state chiamate irregolari. 

Una classe quasi complementare alle irregolari è contraddistinta dalle galassie peculiari. Molto spesso si utilizza alternativamente il termine galassia peculiare per indicare una galassia irregolare ma le due definizioni non sono proprio identiche. Le galassie peculiari sono oggetti che possiedono qualche peculiarità, qualcosa di differente rispetto alle altre che non riguarda solo la forma ma anche la composizione chimica, la distribuzione delle stelle, la presenza di gas o getti che escono dal nucleo o di grandi quantità di polveri deformate dalla forza di gravità. Molto spesso le galassie peculiari sono oggetti disturbati gravitazionalmente da altre galassie. L'interazione può essere in corso oppure essere avvenuta in tempi recenti (centinaia di milioni di anni fa). Una famosissima coppia di galassie peculiari sono le galassie con le Antenne. Le galassie peculiari, quindi, rappresentano una classe di oggetti colti in uno dei rari momenti in cui non si trovano in equilibrio. Disturbati da collisioni o interazioni in corso, la loro struttura sta mutando in conseguenza dello sconvolgimento gravitazionale che hanno subito.

 Un altro meraviglioso esempio di galassia peculiare è la galassia di Hoag, un oggetto raro formato da un nucleo giallastro e un immenso anello dal diametro di decine di migliaia di anni luce, popolato da giovani stelle azzurre. 

Le galassie peculiari in ogni caso sono oggetti di transizione. Anche se non è sufficiente tutta la storia dell'uomo per vederle cambiare, nel corso di centinaia di milioni di anni la loro forma subirà grandi sconvolgimenti. Prima o poi l'evento che le rende tanto peculiari terminerà e tutte troveranno il loro equilibrio. 

NGC4565: la "gemella" della Via Lattea

La primavera, astronomicamente parlando, è la stagione delle galassie. Alzando gli occhi al cielo troveremo meno stelle brillanti rispetto all’inverno e non noteremo quel gran fiume di luce in piena della Via Lattea, tipico delle calde serate estive. Stiamo infatti guardando perpendicolarmente al disco della nostra Galassia, in una regione dell’Universo che è quindi molto trasparente e ci permette di arrivare molto in profondità, anche con piccoli telescopi e un pizzico di consapevolezza.

A circa 60 milioni di anni luce di distanza, tra le costellazioni del Leone, della Vergine e della Chioma di Berenice, si trova un grande agglomerato di galassie, detto ammasso della Vergine. E’ esteso per diversi gradi, nonostante la distanza enorme. Non lo vediamo a occhio nudo, ma c’è e possiamo ammirare le componenti più brillanti già con un semplice binocolo. Si tratta di una struttura enorme, estesa per decine di milioni di anni luce, che conta più di 1000 galassie, tenute insieme dalla reciproca forza gravitazionale. L’ammasso della Vergine è il più vicino a noi ed è facile da osservare anche con un piccolo telescopio, sotto cieli scuri.

Nelle regioni centrali dominano le grandi galassie ellittiche, che si pensa si formino per aggregazione di galassie più piccole, tipicamente a spirale. Tra le giganti per eccellenza spicca M87, estesa per qualche milione di anni luce e contenente centinaia di migliaia di miliardi di stelle.

Nelle periferie dell’ammasso troviamo le più componenti più piccole, e spettacolari: le galassie a spirale. La più bella di tutte, senza alcun dubbio, è NGC4565, splendida spirale vista di profilo, distante da noi circa 52 milioni di anni luce.

Questo gioiello del cielo ha la forma di un disco tagliato a metà da una scura e sottile banda. Benché la nostra mente non riesca ad afferrarlo subito, stiamo osservando una struttura elegantissima estesa per decine di migliaia di anni luce e contenente centinaia di miliardi di stelle. Ma NGC4565 è più di una semplice galassia. Con molta probabilità è l’isola di stelle più somigliante alla nostra galassia, la Via Lattea. La nostra Galassia, se fosse vista dall’esterno e lungo il disco, apparirebbe quasi esattamente come questo gioiello cosmico che possiamo osservare anche con piccoli telescopi.

In fotografia NGC4565 mostra le caratteristiche tipiche delle galassie a spirale, che costituiscono circa il 75% di tutte le galassie. La banda scura che taglia il disco è prodotta dalle grandi quantità di polveri presenti lungo tutta la sua sottile figura. Le polveri sono tra gli ingredienti fondamentali per la nascita di nuove stelle. Il rigonfiamento centrale è chiamato bulge e appare più giallo delle parti periferiche, che nelle regioni più esterne diventano tendenti all’azzurro. In astronomia il colore degli oggetti celesti è sempre molto importante, perché trasporta preziosissime informazioni. Nel caso delle galassie ci può dare ottimi indizi sull’età media delle stelle. Ecco allora che il bulge appare giallo perché ricco di stelle simili al Sole. L’assenza di astri brillanti di color bianco-azzurro, che si formano sempre quando nascono anche le componenti simili al Sole, sta a indicare che in queste regioni non c’è quasi per nulla formazione di nuove stelle e che stiamo osservando gli astri superstiti dopo diversi miliardi di anni di evoluzione passiva, senza alcuna nuova nascita. Nelle porzioni periferiche del disco, invece, il colore dominante diventa l’azzurro: significa che in queste regioni sono attivi processi di formazione stellare che stanno generando nuove stelle anche in epoche recenti, perché gli astri azzurri non vivono più di qualche decina di milione di anni: se vediamo il loro contributo cromatico vuol dire che si sono formati da poco o che si stanno ancora formando. NGC4565, quindi, come tutte le galassie a spirale, è ancora un oggetto vivo che genera nuove stelle e pianeti, che cambia di continuo nel tempo, al contrario delle galassie ellittiche, la cui maggior parte è composta da fossili che non generano più stelle da diversi miliardi di anni.

Attorno a NGC4565 si notato anche piccoli batuffoletti di luce: sono le sue galassie satelliti. Come la Via Lattea e molte galassie di cospicue dimensioni, anche questo splendido disco cosmico, disteso nel buio apparente dell’Universo, è circondato da piccoli satelliti contenenti qualche miliardo di stelle.

Quante informazioni si possono estrapolare da una semplice foto, vero? E con un minimo di consapevolezza, questa immagine acquista ancora più valore, ancora più significato, ancora più emozione. Questo è il bello dell’astronoma, fatta di bellezze nascoste ai più ma che con un pizzico di impegno e di consapevolezza diventano più straordinarie di qualsiasi cosa che potremo mai vedere o creare su questo piccolo Pianeta.

Cosa sono i bracci di spirale delle galassie?

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Le galassie a spirale, che rappresentano i ¾ della popolazione dell’Universo, hanno degli stupendi bracci a spirale. Ma cosa sono realmente?

Per scoprirlo partiamo da una semplice osservazione: nei bracci di spirale vi è una densità maggiore del 15-20% di materiale. Questi, quindi, si rendono visibili perché ci sono più stelle e gas che nel resto del disco.

Le stelle nelle galassie non hanno tutte la stessa velocità angolare. Questo significa che un giro completo attorno al centro richiede un periodo diverso a seconda della distanza dal centro.

Si potrebbe pensare, quindi, che il problema sia stato risolto. Per qualche motivo esistono delle concentrazioni di stelle che mano a mano che ruotano con velocità diverse attorno al centro formano i bracci di spirale.

Questo modello, però, ha un piccolo problema: non funziona!

Se i bracci fossero composti sempre dallo stesso materiale, deformato poi dalla rotazione, non potrebbero esistere per più di poche centinaia di milioni di anni. Dopo appena un paio di orbite risulterebbero così distorti da mescolarsi e scomparire.

Poiché osserviamo milioni di galassie a spirale, è impossibile pensare che le stiamo vedendo tutte in quei pochi milioni di anni nei quali mostrano i bracci, se non altro perché basta guardare lontano nello spazio per farlo anche nel tempo e riuscire a scoprire oggetti delle più diverse età.

 

Ma allora, cosa sono e come si creano i bracci di spirale?

Può sembrare assurdo, ma i bracci di spirale non sono altro che delle enormi onde sonore che si propagano in modo indipendente dalla materia sul disco delle galassie a spirale.

In linguaggio più tecnico si definiscono onde di densità, ma il principio fisico alla base della loro formazione è identico a quello che ci consente di sentire il suono qui sulla Terra, con una piccola differenza: stiamo infatti osservando dei mostri estesi per decine di migliaia di anni luce, quindi anche le onde sonore che si sviluppano sono mostri con una lunghezza d’onda di altrettante migliaia di anni luce. 

Di fatto, è impossibile per qualsiasi apparato percepire il suono associato a queste speciali onde sonore, ma questo non rende di certo meno valida la loro esistenza.

L’onda sonora in un disco galattico ha una vita a se stante indipendente dalla materia, per questo motivo non si attorciglia a causa delle diverse velocità di rotazione di gas e stelle.

I bracci di spirale quindi non sono altro che le onde sonore rese visibili dal materiale che si ritrova ad attraversarle. 

Possiamo concepire un tale fenomeno con un paragone molto più familiare. Immaginiamo di percorrere un’autostrada trafficata, ma senza rallentamenti. Poi, si incontra un camion in lento movimento. In questo punto le auto rallentano e si avvicinano, probabilmente formando una coda che una volta superato l’ostacolo si dissolverà.

Il camion è un’onda di densità di una galassia: un punto nel quale il materiale deve rallentare la sua corsa e comprimersi, prima di superare l’ostacolo e riprendere la velocità di crociera originaria.

Una tipica stella impiega qualche milione di anni per percorrere un braccio di spirale, ma l’attraversamento produce degli effetti imprevedibili e importantissimi.

Quando le grandi quantità di gas freddo entrano in un braccio di spirale, sono costrette a comprimersi. Questa compressione innesca dei vivaci processi di formazione stellare, che probabilmente non sarebbero stati possibili senza il calcio iniziale offerto dall’onda di densità.

Non è infatti un caso che all’esterno dei bracci di spirale si rendano visibili ingenti quantità di nebulose oscure, mentre nel mezzo del braccio compaiono brillanti stelle azzurre estremamente giovani e immense distese di nebulose ad emissione.

I bracci a spirale delle galassie sono di fatto coloro che innescano e regolano i processi di formazione stellare, garantendo un ricambio generazionale costante nella popolazione stellare della galassia.

Davvero magnifico!