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La scoperta delle galassie

28 astronomia - galassia a spirale simile alla via lattea
• di MARCO MASSA, presidente dell'Associazione Astrofili Sardi

 

Premessa
Nelle belle serate, lontani dall’inquinamento luminoso delle città, si può ammirare il cielo inondato da migliaia di luci scintillanti e potremmo avere l'impressione che l'Universo sia popolato solo di stelle, più o meno luminose e di colori diversi. Tale impressione è errata, infatti tutte le stelle che vediamo distintamente ad occhio nudo appartengono alla nostra Galassia, la Via Lattea. In realtà, le osservazioni astronomiche a mezzo dei telescopi più potenti rivelano che i "mattoni" costituenti dell'Universo sono le galassie, immensi sistemi composti da centinaia di miliardi di stelle, gas e polveri, mantenuti uniti dalla forza di gravità. A loro volta, la maggior parte delle galassie sono raggruppate in strutture gravitanti ancora più grandi, composte anche da migliaia di galassie. Il lavoro intellettuale necessario all'uomo per arrivare a questo quadro dell'Universo è stato ovviamente faticoso, non sempre le ipotesi formulate si sono rivelate corrette e sono state quindi abbandonate in favore di altre più solide suggerite da nuove osservazioni.

 

La storia
Possiamo far iniziare la nostra storia nel 1748 quando l'astronomo francese Charles Messier, utilizzando i piccoli telescopi allora disponibili, si dedicava alla scoperta di nuove comete. Queste, quando sono ancora molto distanti dal Sole, hanno un aspetto nebuloso, si muovono lentamente e possono essere confuse con le nebulose che però rimangono immobili rispetto alle stelle fisse. Per non commettere errori annunciando al mondo la scoperta di una nuova cometa, compilò un catalogo degli oggetti astronomici dall'aspetto "nebuloso" (un centinaio) che rimanevano immobili rispetto alle stelle fisse.  Ironia della sorte, Messier diventerà famoso per aver catalogato gli oggetti che non voleva vedere. Pochi anni dopo, l'inglese William Herschel, con l'aiuto della sorella Caroline e di un telescopio più potente, compilò un elenco di circa 2500 nebulose. Nel 1888 il danese Dreyer completò tre cataloghi ancora più grandi, il New General Catalogue (NGC) e i due Index Catalogues (IC): appariva ormai chiaro che il numero di oggetti astronomici dall’aspetto "nebuloso" era notevolmente superiore a quanto inizialmente trovato da Messier, e che, aumentando la potenza dei telescopi disponibili, tale numero sarebbe cresciuto ancora. Cominciò così a porsi sempre più pressante il problema della natura di questi oggetti che venivano allora raggruppati tutti sotto il nome generico di nebulose. Un passo importante verso la risoluzione del problema fu compiuto verso il 1850, quando il grande telescopio costruito da Lord Rosse, in Irlanda, fu rivolto verso gli oggetti del catalogo di Messier. Si vide che una parte di tali oggetti manteneva l'aspetto nebuloso anche con questo strumento, altri presentavano un aspetto più o meno ellittico senza mostrare segni particolari, altri ancora erano caratterizzati da un inconfondibile forma a spirale per cui questi ultimi furono chiamati nebulose a spirale. Studi successivi mostrarono che la categoria di oggetti astronomici, nota sotto il nome di nebulose, è in realtà costituita da due classi distinte di oggetti, totalmente diversi nelle loro proprietà. Nella prima classe rientrano quelle che oggi sono conosciute come nebulose gassose, cioè immense nubi di gas e polveri. La seconda classe di oggetti comprende sistemi formati dall'aggregazione gravitazionale di gas e polveri e da un numero enorme di stelle. Per quanto riguarda questa seconda classe di oggetti si innescò un dibattito feroce tra coloro che sostenevano trattarsi di agglomerati di stelle contenuti dentro la Via Lattea, e quindi notevolmente più piccoli di essa, e i sostenitori dell'audace ipotesi che potesse trattarsi di sistemi stellari grandi come la Via Lattea, e quindi enormemente distanti da noi.

 

Le galassie
Il problema fu infine risolto una volta per tutte soltanto da osservazioni incontrovertibili. Infatti, nel 1924 l'astronomo americano Edwin Hubble, riuscendo a misurare la distanza di tali oggetti con i telescopi di monte Wilson, allora i più grandi al mondo, risolse definitivamente la questione a favore della teoria extragalattica: la Via Lattea perdeva quindi il suo status privilegiato, diventando così una fra le innumerevoli galassie di cui l'Universo è costituito fino ai suoi estremi confini osservabili. Il numero di stelle che compongono una galassia va da qualche decina di milioni fino a molte centinaia di miliardi.  Le velocità caratteristiche delle stelle all'interno delle galassie si possono misurare con tecniche opportune e sono dell'ordine di qualche decina di chilometri al secondo nelle galassie più piccole, fino a raggiungere qualche centinaio di chilometri al secondo in quelle più grandi. Poter misurare le velocità stellari all'interno delle galassie, cosa resa possibile dagli spettroscopi, è estremamente importante, in quanto è possibile misurare la massa delle galassie conoscendo le loro dimensioni e le velocità caratteristiche delle stelle al loro interno. Quando questo può essere fatto, si scopre che in molti casi la massa visibile, stelle e gas, è soltanto una frazione della massa totale del sistema in questione. Per giustificare le velocità misurate è necessario supporre l’esistenza di materia  che non emette radiazioni,  e quindi che non è visibile, e perciò viene chiamata materia oscura. La quantità di materia oscura presente nelle galassie può essere superiore di varie volte alla materia che gli astronomi riescono a vedere con i loro telescopi: un bel mistero!

 

Classificazione delle galassie
La classificazione delle galassie oggi adottata si basa su quella introdotta da Hubble nel 1924 e sottoposta a revisione nel 1961 dall'astronomo americano A. Sandage.

A seconda dalla loro forma, le galassie sono suddivise in:

  • galassie ellittiche (E), la cui forma è riconducibile a quella di un ellissoide di rotazione; come indica la loro luminosità, che decresce dal centro verso la periferia, in esse la maggior parte delle stelle si trova addensata intorno al centro della galassia e non hanno praticamente nubi di gas e polveri. A seconda della loro forma più o meno appiattita, esse sono ulteriormente suddivise in 8 sottogruppi, (da E0 a E7: il numero indica l'appiattimento crescente);
  • galassie a spirale (S), di forma discoidale, simili a grandi girandole luminose, in cui, da un brillante nucleo centrale si dipartono lunghi bracci a spirale. In esse si alternano regioni luminose, dovute a un maggior addensamento di stelle, e regioni oscure, in cui sono presenti nubi di gas e polveri. Sono ulteriormente suddivise in tre sottogruppi, distinti dalle lettere a, b, c (Sa, Sb e Sc), con cui si indicano le differenti dimensioni del nucleo (molto pronunciate in a, trascurabili in c). La Via Lattea si può collocare nella sottoclasse Sb;
  • galassie a spirale barrata (SB), con nucleo a forma di barra, dai cui estremi partono i bracci. Anche queste galassie si suddividono in tre sottogruppi (SBa, SBb e SBc) con criteri analoghi a quelli delle spirali normali;
  • galassie irregolari (Ir), di forma non ben definita, con massa e luminosità in genere ridotte. Gli esempi più noti sono la Grande e la Piccola Nube di Magellano.

 

Conclusioni
Gli scenari sulla formazione delle galassie sono ancora controversi, specialmente per la necessità di aver introdotto la presenza della materia oscura. Ci sono galassie osservabili anche a distanze di 10 o 12 miliardi di anni luce, dalle quali la luce diretta verso il nostro pianeta partì quando in realtà la Terra, che ha solo 4,5 miliardi di anni di vita, ancora non esisteva. Quando osserviamo galassie a distanze tanto grandi, le osserviamo in realtà come erano nella loro infanzia. Purtroppo, la visione che si ha di oggetti molto lontani è imperfetta e anche povera di particolari. Questo fatto rappresenta una forte limitazione, perché altrimenti, osservando i raggruppamenti di stelle in formazione, potremmo trarre indicazioni molto utili relativamente ai primi momenti di vita delle galassie e dell'Universo intero.  Forse, come già successo nel 1924 per la disputa sulla natura delle nebulose, sarà necessario attendere la costruzione di strumenti ancora più potenti di quelli attualmente disponibili, che ci possano permettere di osservare "in diretta" la formazione delle galassie. È ragionevole ritenere che nei prossimi anni tale domanda abbia risposta!

 

(Vulcano n° 81)

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