L'osservatorio a raggi X Chandra ha rilevato un alone di gas blu caldo intorno alla galassia NGC 5746. Guarda altre immagini di polvere spaziale. Foto per gentile concessione della NASA/Osservatorio a raggi X Chandra Quando guardi il cielo notturno, soprattutto durante l'estate, vedrai una debole banda di stelle sparse per tutto il centro del cielo. Questa banda di stelle è la nostra galassia , la via Lattea. Il sole è solo una delle circa 200 miliardi di stelle della Via Lattea, che è solo uno dei miliardi di galassie nell'universo. Una galassia è un grande sistema di stelle, gas (principalmente idrogeno), polvere e materia oscura che orbita attorno a un centro comune ed è legata insieme dalla gravità:sono stati descritti come "universi insulari". Le galassie sono disponibili in molte dimensioni e forme. Sappiamo che sono molto antichi e si sono formati all'inizio dell'evoluzione dell'universo. Tuttavia, come si sono formati e si sono evoluti nelle loro varie forme rimane un mistero.
Quando gli astronomi guardano nelle profondità più profonde dell'universo con potenti telescopi, vedono miriadi di galassie. Le galassie sono lontane l'una dall'altra e si allontanano costantemente l'una dall'altra mentre il nostro universo si espande. Per di più, le galassie sono organizzate in grandi ammassi e altre strutture, che potrebbe avere importanti implicazioni per la struttura complessiva, formazione e destino dell'universo.
alcune galassie, chiamato galassie attive , emettono enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni. Possono avere strutture esotiche come buchi neri supermassicci al loro centro. Le galassie attive rappresentano un'area importante della ricerca astronomica.
In questo articolo, scopriremo come sono state scoperte le galassie e quali tipi esistono, di cosa sono fatti, le loro strutture interne, come si formano ed evolvono, come sono distribuiti nell'universo, e come le galassie attive potrebbero emettere così tanta energia.
Relazione luminosità-distanzaGli astronomi (professionisti o dilettanti) possono misurare la luminosità di una stella (la quantità di luce che emette) utilizzando un fotometro o dispositivo ad accoppiamento di carica all'estremità di un telescopio. Se conoscono la luminosità della stella e la distanza dalla stella, possono calcolare la sua luminosità - la quantità di energia che emette ( luminosità =luminosità x 12,57 x (distanza) 2 ). Al contrario, se conosci la luminosità di una stella, puoi calcolarne la distanza.
Contenuti
2008 Come funzionano le cose Le galassie sono disponibili in una varietà di dimensioni e forme. Possono avere fino a 10 milioni di stelle o fino a 10 trilioni (la Via Lattea ha circa 200 miliardi di stelle). Nel 1936, Edwin Hubble ha classificato le forme delle galassie nel Sequenza Hubble .
Le galassie a spirale hanno le strutture più complesse. Ecco una vista della Via Lattea come apparirebbe dall'esterno.
2008 Come funzionano le cose Tutti questi componenti orbitano attorno al nucleo e sono tenuti insieme dalla gravità. Poiché la gravità dipende dalla massa, potresti pensare che la maggior parte della massa di una galassia si trovi nel disco galattico o vicino al centro del disco. Però, studiando le curve di rotazione della Via Lattea e di altre galassie, gli astronomi hanno concluso che la maggior parte della massa si trova nelle porzioni esterne della galassia (come l'alone), dove c'è poca luce emessa da stelle o gas.
Nella pagina successiva, faremo una passeggiata attraverso la storia delle galassie.
Diamo un'occhiata alla storia delle galassie in astronomia.
Ci sono ancora molti misteri che circondano la formazione delle galassie, ma nella prossima pagina spiegheremo alcune delle migliori teorie al riguardo.
Lontano anni luce
Le galassie sono molto distanti. La galassia di Andromeda, che è anche chiamato M31 (oggetto Messier #31), è la galassia più vicina a noi, distante 2,2 milioni di anni luce. Gli astronomi di solito misurano le distanze intergalattiche in termini di megaparsec:
un parsec =3,26 anni luce
un milione di parsec =un megaparsec
un megaparsec (Mpc) =3,26 milioni di anni luce
Le galassie visibili più lontane sono circa 3, 000 Mpc di distanza, o circa 10 miliardi di anni luce.
Per saperne di più
2008 Come funzionano le cose Non sappiamo davvero come si siano formate le varie galassie e abbiano preso le molte forme che vediamo oggi. Ma abbiamo alcune idee sulle loro origini ed evoluzione.
Diamo un'occhiata al periodo di formazione delle galassie.
Le osservazioni di Edwin Hubble, e successivi Legge di Hubble (che spiegheremo più avanti), ha portato all'idea che l'universo si sta espandendo. Possiamo stimare l'età dell'universo in base al tasso di espansione. Perché alcune galassie sono distanti miliardi di anni luce da noi, possiamo discernere che si sono formati abbastanza presto dopo il big bang (guardando più a fondo nello spazio, vedi più indietro nel tempo). La maggior parte delle galassie si è formata presto, ma i dati del telescopio Galaxy Explorer (GALEX) della NASA indicano che alcune nuove galassie si sono formate relativamente di recente, negli ultimi miliardi di anni.
La maggior parte delle teorie sull'universo primordiale fanno due ipotesi:
Da queste ipotesi, gli astronomi ritengono che le aree più dense abbiano rallentato leggermente l'espansione, permettendo al gas di accumularsi in piccoli nubi protogalattiche . In queste nuvole, la gravità ha fatto collassare il gas e la polvere e formare le stelle. Queste stelle si bruciarono rapidamente e divennero ammassi globulari, ma la gravità ha continuato a far collassare le nuvole. Mentre le nuvole crollavano, formavano dischi rotanti. I dischi rotanti hanno attratto più gas e polvere con la gravità e hanno formato dischi galattici. All'interno del disco galattico, nuove stelle formate. Ciò che restava alla periferia della nube originale erano ammassi globulari e l'alone composto da gas, polvere e materia oscura.
Due fattori di questo processo potrebbero spiegare le differenze tra le galassie ellittiche e quelle a spirale:
2008 Come funzionano le cose Le galassie non agiscono da sole. Le distanze tra le galassie sembrano grandi, ma anche i diametri delle galassie sono grandi. Rispetto alle stelle, le galassie sono relativamente vicine l'una all'altra. Possono interagire e, ma ancora più importante, scontrarsi. Quando le galassie si scontrano, in realtà si attraversano - le stelle all'interno non si incontrano a causa delle enormi distanze interstellari. Ma le collisioni tendono a distorcere la forma di una galassia. I modelli al computer mostrano che le collisioni tra le galassie a spirale tendono a creare quelle ellittiche (quindi, le galassie a spirale probabilmente non sono state coinvolte in alcuna collisione). Gli scienziati stimano che circa la metà di tutte le galassie sia stata coinvolta in una sorta di collisione.
Le interazioni gravitazionali tra galassie in collisione potrebbero causare diverse cose:
Così, le galassie fluttuano semplicemente nello spazio o una forza invisibile regola il loro movimento? E cosa succede quando si incontrano? Scopri nella pagina successiva.
2008 Come funzionano le cose Le galassie non sono distribuite casualmente in tutto l'universo:tendono ad esistere in ammassi galattici . Le galassie in questi ammassi sono legate insieme gravitazionalmente e si influenzano a vicenda.
Quando gli astronomi Margaret Geller ed Emilio E. Falco tracciarono le posizioni delle galassie e degli ammassi galattici nell'universo, è diventato chiaro che gli ammassi galattici ei superammassi non sono distribuiti casualmente. In realtà sono raggruppati insieme in muri (filamenti lunghi) intervallati da vuoti , che conferisce all'universo una struttura simile a una ragnatela.
Il mezzo intergalattico -- lo spazio tra galassie e ammassi di galassie -- non è del tutto vuoto. Non conosciamo l'esatta natura del mezzo intergalattico, ma probabilmente contiene una densità di gas relativamente piccola. La maggior parte del mezzo intergalattico è freddo (circa 2 gradi Kelvin), ma recenti osservazioni ai raggi X suggeriscono che alcune aree di esso siano calde (milioni di gradi Kelvin) e ricche di metalli. Una delle aree attive della ricerca astronomica oggi è diretta a determinare la natura del mezzo intergalattico:potrebbe aiutarci a capire esattamente come è iniziato l'universo e come si formano ed evolvono le galassie.
Diamo un'occhiata a un'ultima proprietà relativa alle galassie e alle loro distribuzioni. Per le sue misurazioni delle distanze galattiche, Edwin Hubble ha studiato gli spettri di luce emessi dalle galassie. In tutti i casi, notò che gli spettri erano Doppler spostato all'estremità rossa dello spettro. Ciò indica che l'oggetto si sta allontanando da noi. Hubble ha notato che, non importa dove guardasse, le galassie si stavano allontanando da noi. E più lontana è la galassia, più velocemente si allontanava. Nel 1929, Hubble ha pubblicato un grafico di questa relazione, che è diventato noto come Legge di Hubble .
Matematicamente, La legge di Hubble afferma che il velocità di recessione (V) è direttamente proporzionale alla distanza galattica (D). L'equazione è V =Hd , dove H è il costante di Hubble , o costante di proporzionalità. La stima più attuale di H è di 70 chilometri al secondo per megaparsec. La legge di Hubble è una prova importante che l'universo si sta espandendo:il suo lavoro ha costituito la base della teoria del big bang sull'origine dell'universo.
Alcune galassie emettono gas, emettono luce intensa e hanno buchi neri supermassicci al centro. Impareremo di seguito le galassie attive.
L'effetto DopplerProprio come il suono acuto della sirena di un camion dei pompieri si abbassa quando il camion si allontana, il movimento delle stelle influenza le lunghezze d'onda della luce che riceviamo da loro. Questo fenomeno è chiamato effetto Doppler. Possiamo misurare l'effetto Doppler misurando le linee nello spettro di una stella e confrontandole con lo spettro di una lampada standard. L'entità dello spostamento Doppler ci dice quanto velocemente si sta muovendo la stella rispetto a noi. Inoltre, la direzione dello spostamento Doppler può dirci la direzione del movimento della stella. Se lo spettro di una stella è spostato verso l'estremità blu, la stella si muove verso di noi; se lo spettro è spostato verso l'estremità rossa, la stella si sta allontanando da noi.
Quando guardi una galassia normale, la maggior parte della luce proviene dalle stelle nelle lunghezze d'onda visibili ed è distribuita uniformemente in tutta la galassia. Però, se osservi alcune galassie, vedrai una luce intensa provenire dai loro nuclei. E se guardi queste stesse galassie nei raggi X, ultravioletto, lunghezze d'onda infrarosse e radio, sembrano emettere enormi quantità di energia, apparentemente dal nucleo. Questi sono galassie attive , che rappresentano una percentuale molto piccola di tutte le galassie. Ci sono quattro classificazioni di galassia attiva, ma il tipo che osserviamo può dipendere più dal nostro angolo di visione che dalle differenze strutturali.
Per spiegare le galassie attive, gli scienziati devono essere in grado di spiegare come emettono quantità così grandi di energia da aree così piccole dei nuclei galattici. L'ipotesi più accreditata è che al centro di ciascuna di queste galassie ci sia un buco nero massiccio o supermassiccio. Intorno al buco nero c'è un disco di accrescimento di gas in rapida rotazione che è circondato da a toro (un disco a forma di ciambella di gas e polvere). Quando il materiale del disco di accrescimento cade nell'area intorno al buco nero (il orizzonte degli eventi ), si riscalda a milioni di gradi Kelvin ed è accelerato verso l'esterno nei getti.
Scoperto da Carl Seyfert nel 1943, queste galassie (2 per cento di tutte le galassie a spirale) hanno ampi spettri che indicano nuclei caldi, gas ionizzato a bassa densità. I nuclei di queste galassie cambiano luminosità ogni poche settimane, quindi sappiamo che gli oggetti al centro devono essere relativamente piccoli (circa le dimensioni di un sistema solare). Usando gli spostamenti Doppler, gli astronomi hanno notato che le velocità al centro delle galassie di Seyfert sono circa 30 volte maggiori di quelle delle galassie normali.
Le radiogalassie sono ellittiche (lo 0,01% di tutte le galassie sono radiogalassie). I loro nuclei emettono getti di gas ad alta velocità (vicino alla velocità della luce) sopra e sotto la galassia:i getti interagiscono con i campi magnetici ed emettono segnali radio.
quasar (oggetti quasi stellari)
I quasar sono stati scoperti nei primi anni '60. Circa 13, 000 sono stati scoperti, ma potrebbero essere fino a 100, 000 là fuori [fonte:A Review of the Universe]. Sono a miliardi di anni luce di distanza dalla Via Lattea e sono gli oggetti più energetici dell'universo. L'estrema luminosità dei quasar può fluttuare per periodi di un giorno, il che indica che l'energia proviene da un'area molto piccola. Sono state trovate migliaia di quasar, e si crede che provengano dai nuclei di galassie lontane.
I blazar sono un tipo di galassia attiva - circa 1, 000 sono stati catalogati [fonte:A Review of the Universe]. Dal nostro punto di vista, stiamo guardando "di testa" il getto che emana dalla galassia. Come quasar, la loro luminosità può variare rapidamente, a volte in meno di un giorno.
Dai un'occhiata ai collegamenti nella pagina successiva per ulteriori informazioni sulle galassie.
Galassie StarburstLa maggior parte delle galassie ha bassi tassi di formazione di nuove stelle, circa una all'anno. Però, galassie starburst producono più di 100 all'anno. A questo ritmo, le galassie starburst consumano tutto il loro gas e polvere in circa 100 milioni di anni, che è breve rispetto ai miliardi di anni in cui la maggior parte delle galassie è esistita. Le galassie Starburst emettono la loro luce intensa da una piccola area di stelle e supernove appena formate. Così, gli astronomi pensano che le galassie starburst rappresentino una breve fase del modo in cui le galassie cambiano ed evolvono, forse uno stadio prima di diventare una galassia attiva.
Pubblicato originariamente:7 febbraio 2008
