Galassie: cosa sono, la loro formazione e i tipi conosciuti

Le galassie, misteriosi ammassi di stelle, gas, polvere cosmica e materia oscura, rappresentano tra i fenomeni più affascinanti e misteriosi dell’universo. Dagli albori dell’astronomia, queste gigantesche strutture celesti hanno catturato l’immaginazione degli scienziati, offrendo un palcoscenico per comprendere l’evoluzione dell’universo stesso.

Le galassie si presentano in una varietà di forme e dimensioni. Il loro studio è stato un compito impegnativo per gli astronomi, specialmente nei primi decenni del XX secolo, quando ottenere una sola fotografia o uno spettro di una galassia richiedeva nottate di osservazioni. Tuttavia, con l’avanzare della tecnologia, telescopi sempre più grandi e rivelatori elettronici hanno reso questa attività meno ardua, sebbene l’osservazione di quelle più remote richieda ancora sforzi enormi.

I tipi di galassie conosciuti

Una delle prime tappe nel comprendere le galassie è stata la loro classificazione basata sulla loro forma. Le galassie più grandi e luminose possono essere generalmente categorizzate in due tipi principali: spirali ed ellittiche. Quelle più piccole, invece, presentano spesso una forma irregolare.

Galassie a spirale

Le galassie spirali, come la nostra stessa Via Lattea e la Galassia di Andromeda, mostrano una struttura composta da un nucleo centrale, un alone, un disco e bracci a spirale. Queste galassie ospitano materiale interstellare diffuso soprattutto nei loro dischi. La presenza di brillanti nebulose di emissione e giovani stelle calde, specialmente nei bracci a spirale, indica che la formazione stellare è ancora in corso. I dischi sono spesso polverosi, particolarmente evidente quando osserviamo tali sistemi quasi di taglio (Figure).

In molte delle galassie a spirale più vicine sono visibili ammassi aperti nei bracci e spesso si osservano ammassi globulari nei loro aloni. Le galassie a spirale contengono una miscela di stelle giovani e vecchie, così come avviene nella Via Lattea. Tutte le galassie a spirale ruotano e la direzione della loro rotazione fa sì che i bracci sembrino trascinarsi, in modo simile alla scia di un’imbarcazione.

Circa i due terzi delle galassie a spirale nelle vicinanze presentano barre di stelle, in forma di parallelepipedo o a forma di sigaro, che attraversano i loro centri. Mostrando grande originalità, gli astronomi chiamano queste galassie “galassie a spirale barrata”.

Anche la nostra galassia ha una modesta barra. I bracci a spirale di solito iniziano dalle estremità della barra. Il fatto che le barre siano così comuni suggerisce che siano di lunga durata; potrebbe essere che la maggior parte di esse formino una barra ad un certo punto della loro evoluzione.

Galassie ellittiche

Le galassie ellittiche sono costituite quasi interamente da stelle vecchie e hanno forme sferiche o ellissoidali (leggermente schiacciate). Non presentano traccia di bracci a spirale e la loro luce è dominata da stelle anziane di colore rossastro. Nelle ellittiche più grandi e vicine, è possibile identificare molti ammassi globulari. Polvere e nebulose di emissione non sono evidenti in esse, ma molte di esse contengono una piccola quantità di materia interstellare.

Le galassie ellittiche mostrano vari gradi di appiattimento, dalle strutture che sono approssimativamente sferiche a quelle che si avvicinano alle spirali. Le ellittiche giganti raggiungono luminosità pari a 10¹¹ volte quella del Sole. La massa di una galassia ellittica gigante può essere grande come 10¹³ masse solari. I diametri di queste grandi galassie si estendono su diverse centinaia di migliaia di anni luce e sono considerevolmente più grandi delle più grandi galassie spirali. Anche se le stelle individuali orbitano attorno al centro di una galassia ellittica, le orbite non sono tutte nella stessa direzione, come avviene nelle spirali. Pertanto, le ellittiche non sembrano ruotare in modo sistematico, rendendo difficile stimare la quantità di materia oscura che contengono.

Tra le galassie ellittiche giganti e nane, ci sono sistemi come M32 e M110, i due compagni della Galassia di Andromeda.

Galassie irregolari

Le galassie irregolari non presentano forme regolari associate alle categorie descritte in precedenza. Tipicamente, queste galassie hanno masse e luminosità inferiori rispetto alle spirali. Le irregolari appaiono spesso disorganizzate e molte di esse sono oggetto di intensa attività di formazione stellare. Contengono sia stelle giovani di popolazione I che stelle vecchie di popolazione II.

Le due galassie irregolari più conosciute sono la Grande e la Piccola Nube di Magellano, che si trovano a poco più di 160.000 anni luce da noi e sono tra i nostri vicini extragalattici più prossimi. I loro nomi riflettono il fatto che Ferdinando Magellano e il suo equipaggio, durante il loro viaggio intorno al mondo, furono i primi viaggiatori europei a notarle. Sebbene non siano visibili dagli Stati Uniti e dall’Europa, questi due sistemi sono ben visibili dall’emisfero australe, dove appaiono come nuvole sottili nel cielo notturno. Poiché sono solo circa un decimo della distanza della Galassia di Andromeda, offrono un’ottima opportunità agli astronomi per studiare nebulose, ammassi stellari, stelle variabili e altri oggetti chiave nel contesto di un’altra galassia. Ad esempio, la Grande Nube di Magellano contiene il complesso 30 Doradus (noto anche come Nebulosa del Ragno), uno dei più grandi e luminosi gruppi di stelle supergiganti conosciuto.

La Piccola Nube di Magellano è molto meno massiccia della Grande Nube di Magellano ed è sei volte più lunga che larga. Questo sottile filamento di materiale punta direttamente verso la nostra Galassia come una freccia. Probabilmente la Piccola Nube di Magellano è stata contorta nella sua forma attuale attraverso interazioni gravitazionali con la Via Lattea. Un lungo filamento di detriti da questa interazione tra la Via Lattea e la Piccola Nube di Magellano si è disperso nel cielo e si presenta come una serie di nubi di gas che si muovono a velocità anormalmente elevate, noto come il Flusso Magellanico. Questo tipo di interazione tra galassie aiuta a spiegare le forme irregolari di questa intera categoria di piccole galassie.

Evoluzione delle galassie

Stimolati dal successo del diagramma H-R per le stelle, gli astronomi speravano di trovare un qualche schema comparabile, dove le differenze nell’aspetto potessero essere collegate a diversi stadi evolutivi nella vita delle galassie stesse. Tuttavia, nessun concetto semplice di questo tipo ha resistito alla prova del tempo (e dell’osservazione).

Poiché nessun schema semplice per far evolvere un tipo di galassia in un altro poteva essere trovato, gli astronomi hanno cominciato a pensare al punto opposto. Per un po’, la maggior parte degli astronomi pensava che tutte le galassie si fossero formate molto presto nella storia dell’universo e che le differenze tra loro fossero legate al tasso di formazione stellare. Le ellittiche erano quelle in cui tutta la materia interstellare veniva convertita rapidamente in stelle, mentre le spirali erano quelle in cui la formazione stellare avveniva lentamente durante l’intera vita della galassia. Tuttavia, questa idea si è rivelata troppo semplice.

Oggi sappiamo che almeno alcune galassie hanno cambiato tipo nel corso dei miliardi di anni dalla nascita dell’universo. Collisioni e fusioni tra galassie possono cambiare drasticamente le galassie a spirali in galassie ellittiche. Anche le spirali isolate (senza galassie vicine) possono cambiare nel corso del tempo. Consumando il loro gas, il tasso di formazione stellare rallenterà e i bracci a spirale diventeranno gradualmente meno evidenti.

Nel corso degli ultimi decenni, lo studio dell’evoluzione delle galassie durante la vita dell’universo è diventato uno dei campi di ricerca astronomici più attivi.

Conclusioni

Le galassie rappresentano una delle strutture più stupefacenti dell’universo, offrendo un palcoscenico per la comprensione della nostra esistenza cosmica. Con la loro varietà di forme e dimensioni, le galassie spiralate, ellittiche e irregolari costituiscono un ricco serbatoio di conoscenze e misteri per gli astronomi. Il loro studio non solo rivela la diversità dell’universo, ma anche il suo intricato processo di evoluzione. In questo viaggio verso la comprensione delle galassie, continuiamo ad esplorare l’universo e ad afferrare i segreti nascosti in queste meraviglie cosmiche.