Quando osservi il cielo notturno, soprattutto in estate, noterai una debole fascia di stelle che si estende in mezzo al cielo. Quella fascia è la Via Lattea, la nostra galassia natale, che contiene circa 200 miliardi di stelle. Eppure la Via Lattea è solo una delle innumerevoli galassie che compongono l’universo osservabile. Quante galassie ci sono e quali sono le loro caratteristiche principali?
Una galassia è un massiccio sistema autogravitante di stelle, gas (principalmente idrogeno), polvere e materia oscura che coruota attorno a un centro comune. Le galassie sono spesso descritte come "universi-isole" perché sono in gran parte isolate l'una dall'altra su scala cosmica.
Le galassie variano notevolmente in forma, dimensione e contenuto stellare. Si pensa che siano antichi e si siano formati poco dopo il Big Bang, ma i percorsi esatti che hanno prodotto le loro diverse morfologie rimangono una questione centrale in astrofisica.
Le osservazioni con i moderni telescopi rivelano che le galassie sono ampiamente distanziate ma legate gravitazionalmente in ammassi, filamenti e vuoti, evidenziando la struttura su larga scala del cosmo.
Le galassie attive emettono quantità prodigiose di radiazioni attraverso lo spettro elettromagnetico, spesso alimentate dall’accrescimento sui buchi neri supermassicci al loro centro. Questi sistemi energetici sono laboratori cruciali per lo studio della fisica delle alte energie e della crescita dei buchi neri.
Misurando la luminosità apparente di una stella con un fotometro o un CCD e combinandola con la sua distanza, gli astronomi ne calcolano la luminosità:luminosità =luminosità × 12,57 × (distanza)^2 . Al contrario, se si conosce la luminosità intrinseca di una stella, se ne può dedurre la distanza.
Le stime attuali suggeriscono che l’universo osservabile contiene fino a 2mila miliardi di galassie. All’inizio degli anni 2000 la cifra era di circa 200 miliardi. Uno studio del 2016 che utilizzava i dati Hubble dell'Università di Nottingham ha rivisto il conteggio verso l'alto di un fattore dieci e le immagini del 2022 del telescopio spaziale James Webb hanno ulteriormente perfezionato questi numeri.
Le galassie abbracciano un'ampia gamma di dimensioni:da 10 milioni a 10 trilioni di stelle (la Via Lattea ospita circa 200 miliardi). La classificazione di Edwin Hubble del 1936 rimane un quadro fondamentale:ellittica, a spirale e irregolare.
Sistemi piccoli e deboli con distribuzioni irregolari di gas e polveri, privi di una struttura a spirale o ellittica definita. I loro diametri vanno dall'1% al 25% delle dimensioni della Via Lattea.
Le galassie a spirale sono le più complesse e comprendono diversi componenti distinti. Di seguito è riportata una vista semplificata della struttura della Via Lattea.
Centinaia di antichi ammassi stellari densamente popolati orbitano sopra e sotto il disco.
Una regione diffusa ed estesa contenente gas caldo e probabilmente materia oscura.
Sebbene la massa stellare domini il disco, gli studi sulla curva di rotazione rivelano che la maggior parte della massa di una galassia risiede nell'alone esterno, dove la materia luminosa è scarsa.
Gli antichi greci chiamavano la Via Lattea “galaxias kakos” (cerchio latteo). La prima vista telescopica di Galileo confermò che si trattava di un campo stellare denso.
William e Caroline Herschel hanno tracciato le distanze stellari, rivelando la struttura del disco della Via Lattea. Charles Messier catalogò le nebulose, alcune delle quali sarebbero state successivamente identificate come galassie esterne.
Le misurazioni di Harlow Shapley collocano il centro della Via Lattea a 28.000 anni luce dalla Terra. I dibattiti sul fatto se le nebulose a spirale fossero parte della Via Lattea o "universi-isole" separati persistettero fino a quando le osservazioni di EdwinHubble del 1924 utilizzando le stelle variabili Cefeidi confermarono la loro natura extragalattica.
Il James Webb Space Telescope (JWST) ora fornisce le viste più nitide e profonde dell'universo lontano, rivelando galassie con spostamenti verso il rosso senza precedenti e perfezionando il conteggio delle popolazioni.
La galassia di Andromeda (M31) è la grande galassia più vicina, a circa 2,2 milioni di anni luce. Le distanze oltre il Gruppo Locale sono espresse in megaparsec (Mpc), dove 1Mpc ≈ 3,26 milioni di anni luce. Le galassie visibili più lontane si trovano a circa 10 miliardi di anni luce di distanza.
Anche se i meccanismi precisi restano dibattuti, i modelli prevalenti presuppongono che le prime fluttuazioni di densità nel gas primordiale di idrogeno-elio portarono al collasso delle nubi protogalattiche, alla formazione stellare e allo sviluppo di dischi e aloni.
Gli incontri galattici, sebbene rari su scala temporale umana, guidano trasformazioni morfologiche. Le fusioni spirale-spirale producono spesso forme ellittiche, mentre le interazioni innescano esplosioni stellari, supernove e la crescita di buchi neri supermassicci.
Le galassie si raggruppano in gruppi ricchi (>1000 membri) e superammassi (ad esempio, il superammasso della Vergine). Il Gruppo Locale contiene circa 50 galassie, tra cui la Via Lattea e Andromeda.
Le indagini su larga scala rivelano una rete cosmica di filamenti e vuoti, con ammassi legati dalla gravità e separati da vaste regioni vuote.
Pur essendo in gran parte vuoto, il mezzo intergalattico ospita gas a bassa densità, sia freddo (≈2K) che caldo (milioni di gradi) arricchito di elementi pesanti. Lo studio di questo mezzo aiuta a limitare i modelli cosmologici e l'evoluzione delle galassie.
Edwin Hubble scoprì che le galassie si allontanano a velocità proporzionali alla loro distanza:V=H×d , dove H (≈70km⁻¹Mpc⁻¹) è la costante di Hubble. Questa relazione lineare è alla base del paradigma dell'universo in espansione e della teoria del Big Bang.
Gli spostamenti delle linee spettrali rivelano il movimento:le linee spostate in blu indicano l'avvicinamento; le linee spostate verso il rosso indicano recessione. Questo effetto è una pietra angolare dell'astronomia extragalattica.
I nuclei galattici attivi (AGN) emettono radiazioni intense a banda larga, spesso da regioni compatte vicine ai buchi neri supermassicci. Gli AGN sono classificati in galassie di Seyfert, radiogalassie, quasar e blazar, ciascuno dei quali mostra firme spettrali distinte e proprietà dipendenti dall'orientamento.
Il motore dietro gli AGN è l'accrescimento su un buco nero supermassiccio, con gas in caduta riscaldato a milioni di Kelvin e lanciato come getti relativistici.
Tipicamente sistemi a spirale (~2% delle spirali) con nuclei che variano rapidamente e velocità centrali elevate (~30× galassie normali).
Per lo più ellittiche (≈0,01% delle galassie) che producono potenti getti radio perpendicolari al piano del loro ospite.
AGN ultraluminosi e distanti (≈13.000 conosciuti, potenzialmente fino a 100.000). La loro variabilità nella luminosità avviene su scale temporali di giorni, indicando fonti energetiche compatte.
Galassie attive i cui getti puntano quasi verso la Terra; ~1000 catalogati, con rapidi cambiamenti di flusso.
Sistemi che formano più di 100 stelle all’anno, esaurendo le riserve di gas in circa 100 milioni di anni. Questi possono rappresentare fasi di transizione verso gli AGN.
Fino a circa 2 trilioni nell'universo osservabile.
Un sistema legato gravitazionalmente di stelle, gas, polvere e materia oscura che orbitano attorno a un centro comune.
La Via Lattea.
Che vanno da 10 milioni a 10 trilioni; la Via Lattea ne contiene circa 200 miliardi.
Ellittico, a spirale e irregolare.
