L’Uomo e il Cosmo:
Una storia d’amore e di catastrofi
dalla Galassia Universo all’Universo di Galassie
Agatino Rifatto
Astronomo Ricercatore
[email protected]
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli
XVII Scuola Estiva di Stilo (RC)
“Scienza e Profezia
Un Programma da Fine del Mondo”
Stilo (RC) – 23 / 28 Luglio 2012
Venerdì 27 luglio 2012
È una lunga storia quella che lega gli
uomini e il cielo.
L’aspirazione dell’Uomo a penetrare i
misteri dell’Universo si è manifestata
dapprima attraverso i miti e le
leggende per assumere, col progredire
delle conoscenze scientifiche, forme
sempre più complesse e sofisticate.
La curiosità per i fenomeni celesti ha sviluppato
le osservazioni, il ragionamento, la logica, la
matematica, la filosofia e l’astronomia.
Così, i nostri lontani predecessori con il solo
strumento della vista e aiutati dalla loro
intelligenza, hanno cominciato a stabilire, con
rara precisione, misure, dimensioni, forme e
movimenti della Terra e degli altri corpi celesti.
La nascita dell'astronomia risale sicuramente ai
tempi dei Babilonesi.
All'epoca del declino della civiltà
mesopotamica, l'astronomia fu uno
degli ultimi aspetti culturali di questa
società a scomparire.
E non scomparì mai completamente.
Alcune conoscenze astronomiche furono
trasmesse ai greci e utilizzate dai
grandi astronomi del passato, come
Tolomeo.
Molta
dell'astronomia
e
della
matematica babilonese era conosciuta e
usata in Egitto, ma anche altrove.
I risultati raggiunti dall'astronomia
babilonese
sono
tra
i
successi
scientifici più significativi del mondo
antico, ma soltanto ora cominciamo a
comprendere pienamente di cosa questa
scuola astronomica fu capace.
Vale la pena ricordare che si sono
occupati di astronomia grandi
matematici, astronomi, filosofi,
tra i quali ne ricordiamo alcuni
come Aristarco, Talete, Ipparco,
Eratostene, Tolomeo, Copernico,
Keplero, Galileo, Socrate, Platone,
Aristotele, Bacone.
Tanti
grandi
nomi
della
letteratura, della storia e della
poesia sono stati attratti ed hanno
trovato
ispirazione in questa
disciplina.
Ricordiamo,
per
esempio, Plutarco, Saffo, Plinio,
Seneca, Lucrezio, Ovidio, Virgilio,
Giulio Cesare, Cicerone, e tanti
altri di cui tratta ampiamente
Giacomo Leopardi nella sua opera
“Storia dell’Astronomia”.
Nell’introduzione dell’opera di Giacomo
Leopardi, “Storia dell’Astronomia”, si
legge:
”La più sublime, la più nobile, tra le
fisiche scienze ella è, senza dubbio,
l’Astronomia. L’uomo si innalza per
mezzo di essa come al di sopra di se
medesimo, e giunge a conoscere la
causa dei fenomeni più straordinari”.
E Ovidio, nelle “Metamorfosi”, ci annuncia che
egli vuol prendere il volo verso le stelle:
“……Iuvat ire per alta
Astra, juvat, terris,et inani sede relicta,
Nube vehi, validique humeris insistere Atlantis“.
Lo stesso Leopardi, a conclusione dell’opera citata, ricorda il
monito di Plinio nella “Historia Naturalis”, che lamentava la
negligenza degli antichi nello scrivere la storia dei progressi
dello spirito umano nella scienza degli astri.
Scrive: “E’ una vera depravazione di spirito, che si ami riempir
le carte di narrazioni di guerre, di stragi e di delitti, e non si
voglia poi tramandare alla posterità nelle storie i benefici di
coloro, che han posto ogni cura nell’illustrare una scienza così
utile”.
Mosso da questo sì giusto rimprovero, dice Leopardi, intrapresi
di scrivere la storia dell’Astronomia.
Nella tradizione mitologica, l’Astronomia è l’unica, tra le
discipline NON umanistiche, ad avere una musa: URANIA
Me vero primum dulces ante omnia Musae,
quarum sacra fero ingenti percussus amore,
accipiant caelique vias et sidera monstrent,
defectus solis varios lunaeque labores ...
Verg., Georg., II, 475-478
Così Virgilio invoca la Musa,
affinché gli si schiudano i segreti
del cielo, delle eclissi e delle fasi
lunari: è questo, in particolare, il
compito
che
la
tradizione
attribuisce ad Urania, Musa
dell'astronomia, che “eleva la
contemplazione dell‘Uomo dalle
cose terrestri a quelle celesti
donandogli serenità e pace”.
Nell’antichità,
l’universo
è
stato
sempre
rappresentato, da Pitagora e fino a Tolomeo (tranne
rare eccezioni) da sistemi “chiusi”, costituiti da tutta
una serie di sfere concentriche con la Terra,
incapsulate una dentro l’altra, dentro le quali sono
racchiusi i pianeti conosciuti del sistema solare e le
. cosiddette stelle fisse.
Anassimandro (610 A.C. – 546 A.C.)
Secondo Anassimandro (VI sec. A.C.), il tutto ha
origine dall’apeiron (letteralmente: ciò che non ha
limiti), che trova una sua collocazione fisica alla
periferia di un universo sferico al cui centro è
posizionata la Terra, dotata di forma cilindrica ed
equidistante dalla periferia.
L’universo di Anassimandro è infinito: a noi pare ovvio ma, in passato, per
molto tempo si è pensato che fosse finito. Questa concezione di finitezza
dell'universo si era radicato ai tempi dei Pitagorici, che avevano attribuito al
termine "infinito" una connotazione fortemente negativa e confusionaria.
Anassimandro affermava che il mondo aveva avuto
un’origine e che prima o poi sarebbe finito. Aristotele,
tre secoli dopo, avrebbe invece affermato che il mondo
è sempre esistito e sarebbe sempre esistito. Per
Anassimandro il nostro mondo non è il solo nell'universo:
per lui l'intera realtà universale è cosparsa di mondi
come il nostro. Egli concepiva l'universo come un oceano
di apeiron con sparsi qua e là infiniti mondi come il
nostro. Questi mondi erano per lui realtà definite e tra
l'uno e l'altro c'era l'apeiron.
Pitagora (570 A.C. – 495 A.C.)
Nel VI sec. A.C., Pitagora da
Samo propone una teoria sulla
struttura
dell'Universo:
un
fuoco intorno al quale ruotano
tutti i corpi celesti, seguendo
movimenti ciclici.
Anassagora (496 A.C. – 428 A.C.)
Secondo Anassagora (V sec. A.C.), tutto ha
origine da uno stato di compattezza iniziale cui
fa seguito, per intervento di un Principio Primo,
un moto di rotazione che determina la
separazione delle sostanze che si organizzano
in modo tale da originare i vari costituenti
dell’Universo.
La cosmologia di Anassagora è dunque anche una
cosmogonia (teoria sull’origine dell’Universo).
Secondo Anassagora, “nulla si crea e tutto si trasforma”:
la materia che forma tutte le cose è da sempre presente
nell'universo ed è indistruttibile, non può essere generata e
nemmeno distrutta.
L'universo è un sistema chiuso, ovvero tutto ciò che
l'universo contiene non cresce e non decresce in quantità.
Tale quantità costante di materiale cosmico cambia però di
aspetto, e quindi muta, perché i suoi elementi semplici e
originari si disgregano e si riaggregano ogni volta in
combinazioni sempre diverse.
Aristotele (384 A.C – 322 A.C.)
Nel IV secolo A.C. Aristotele
afferma che l'Universo è sferico
e finito, con al centro la Terra
immobile, mentre la Luna, il
Sole, i pianeti e le stelle le
ruotassero intorno.
Le idee di Aristotele furono
largamente
accettate
dalla
cultura greca di quell'epoca.
L'eccezione fu Aristarco,
secolo più tardi.
un
Aristarco fu uno dei primi a
credere
in
un
Universo
eliocentrico, cioè
centrato sul
Sole.
Claudio Tolomeo (85/90 D.C. – 165/168 D.C)
Partendo dalla teoria aristotelica, Tolomeo (II
sec. D.C.) sviluppa la sua Teoria Geocentrica,
nell’opera “Grande Sintassi”, meglio conosciuta col
nome deformato di “Almagesto”.
Il Sistema Tolemaico sarà accettato fino al 1500.
L'universo di Tolomeo si basa su
due
assunti che dominavano il
pensiero greco dell’epoca:
1) la
Terra
è
al
centro
dell'universo (geocentrismo);
2) il movimento dei corpi celesti
avviene attraverso sfere che
rappresentano la perfezione.
L'universo tolemaico, inoltre, si
sposava bene con la religione, anche
con quella cristiana, che poneva
l’uomo al centro del cosmo, tra il
Paradiso in alto e l'Inferno in basso.
Dante Alighieri (1265 – 1321)
Nella mente di Dante (l’astronomia occupa un ruolo
preminente, come si evince dal Convivio (II, 13):
“La scienza è alta nobilitade del suo subietto e per la sua
certezza; e questa più che alcuna de la sopra dette è nobile
ed alta per nobile e alto subietto ch’è de lo movimento del
cielo; e alta e nobile per la sua certezza, la quale è senza
ogni difetto …
E se difetto in lei si crede per alcuno, non è de la sua
parte, ma, sì come dice Tolomeo, è per la negligenza
nostra, e a quella si dee imputare.”
Parafrasando il Convivio, dunque, se l’astronomia è ritenuta ostica, questo
deve essere imputato, in larga misura, alla negligenza del lettore …
L’astronomia di Dante è quella di Aristotele e Tolomeo, resa compatibile
con la teologia degli scolastici, in particolare di Tommaso d’Aquino.
Nel suo capolavoro, “La Divina Commedia”, Dante dissemina conoscenze
astronomiche in un contesto poetico, senza alcuna pretesa di scrivere un
trattato scientifico.
Niccolò Copernico (1473 – 1543)
Nel 1543, anno della morte di
Copernico, viene resa pubblica la sua
teoria eliocentrica, contenuta nell’opera
“De rivolutionibus Orbium Celestium”.
In questa nuova teoria, la Terra e gli
altri pianeti orbitano intorno al Sole,
percorrendo orbite circolari con una
velocità di rivoluzione costante.
Questa
teoria
viene
sostenuta e perfezionata,
successivamente, da Galileo
e Keplero.
In
particolare
Keplero,
utilizzando i risultati delle
osservazioni ottenute da
Tycho Brahe, formula le
tre leggi che portano il suo
nome.
Con la Rivoluzione Copernicana si
passa dunque da una concezione
geocentrica ad una eliocentrica.
Questo
passaggio
non
rappresenta
solo
un
cambiamento di prospettiva ma costituisce l'inizio di
una vera e propria rivoluzione scientifica, che fa
prevalere l’aspetto sperimentale rispetto a quello
dogmatico.
Thomas Digges (1546 – 1595)
T. Digges (1576) fu il primo ad infrangere la
barriera delle stelle fisse considerandole
NON oggetti posti tutti alla stessa distanza,
ma oggetti uniformemente distribuiti nello
spazio, aprendo così la strada alle più
moderne concezioni di universo.
Dopo appena 30 anni dalla rivoluzione
copernicana si compie dunque un’altra
rivoluzione:
dalla
concezione
medievale di universo racchiuso nella
sfera delle stelle fisse ad una
concezione di universo infinito ed
uniformemente popolato di stelle.
Il suo pensiero è però ancora molto
teologismo, in quanto si preoccupa di dare
alle divinità: oltre lo spazio delle stelle
infinitamente, esiste uno spazio teologico,
impregnato di
una collocazione
che si estende
che è “la corte
del grande Dio, l’abitacolo dell’Eletto e degli Angeli
celesti”.
Giordano Bruno (1548 – 1600)
Giordano Bruno “supera” non solo la concezione geocentrica, ma
anche quella eliocentrica ed antropocentrica
tutti gli infiniti mondi
che popolano l’Universo devono essere popolati da esseri viventi
Giordano Bruno, per le sue audaci posizioni,
venne condannato al rogo
A Giordano Bruno Nolano Italiano
«Tu, così insigne, così grande che in te si son riversati,/ Tutti insieme, i
doni di tutti gli Dei./ Tu che possiedi tutti i doni del ricco tesoro della
natura,/ Uno solo dei quali è dato di possedere a ciascun altro./ O
essere sublime, oggetto di meraviglia per tutti,/ Dinanzi a cui stupisce
la stessa natura, superata dall’opera sua:/O fiore d’Ausonia, Titano
della tua splendida Nola,/Decoro e delizia dell’uno e dell’altro cielo:/
Posso forse tentar di parlar di te con un mio carme,/ Di te, di cui
nessuno, in un carme, può parlare degnamente?/ Non io: tu vinci la
bocca e la lira dello stesso Apollo,/ Né alle Muse è concesso saper
cantare di te./ Che cosa posso dunque io dir di te, a meno che non
dica/ Solo questo: che di te non posso dir nulla?/ Che debbo fare? Ma
ti basti, o grandissimo uomo,/ Questa lode: da nessun carme puoi
venir lodato abbastanza».
Valens Acidalius (1567 – 1595), Helmstedt 1589
Giordano Bruno, oltre a difendere il sistema copernicano,
espresse il concetto che il sistema solare non è l’unico
sistema planetario e che l’Universo è costituito da
infiniti
sistemi
solari
uniformemente
distribuiti
nell’universo infinito.
E’, inoltre, il primo a porsi il problema della natura delle
stelle, che vengono da lui considerate astri, come il Sole.
Per rendersi conto della genialità di questa
intuizione basti pensare che bisognerà aspettare
ancora due secoli, arrivare cioè all’inizio
dell’ottocento, per avere la prova scientifica
dell’identità della natura tra stelle e Sole.
E’ dunque da questo punto che bisogna
partire per ricostruire la storia del concetto
di Galassia, cioè di un insieme di stelle più o
meno simili al nostro Sole.
Galileo Galilei (1564 – 1642)
Galileo Galilei, grazie al telescopio da lui
costruito, riconosce che la Via Lattea è costituita
da miliardi di stelle, che quindi tendono a
raggrupparsi in sistemi di cui la Via Lattea è un
esempio (1610): “nihil aliud quam innumerarum
stellarum coecervatim consitarum congeries”
(Sidereus Nuncius)
Le osservazioni di Galileo confermano dunque la
concezione di Universo di Giordano Bruno, con la
differenza che non sono le singole stelle che si
distribuiscono uniformemente nell’Universo, ma
sono i sistemi di stelle a popolare l’Universo.
Il concetto di galassia subisce dunque
un’ulteriore evoluzione, in quanto viene
intesa come “uno degli infiniti sistemi
che popolano lo spazio”.
Thomas Wright (1711 – 1786)
Nel 1750 T. Wright fu il primo che cercò di spiegare la
presenza della Via Lattea, nel suo trattato intitolato
“An horiginal theory on new hypothesis of the
Universe”, in cui sono presenti molti elementi suggeriti
dalla teologia.
I sistemi stellari sono gusci sferici o anelli sottili
gravitanti intorno ad un centro comune detto
“Agente primario dell’Onnipotente”.
La Via Lattea è dunque una sorta di struttura circolare composta da
stelle, cingente la sfera celeste a guisa di una superficie a due
dimensioni, con il Sole posto al suo interno.
In questa visione di perfetta simmetria,
l’apparente irregolarità nella distribuzione delle
stelle che si addensano lungo un cerchio massimo
della volta celeste chiamato Via Lattea, è spiegata
come segue: guardando lungo il piano tangente ai
gusci sferici si vedono molte più stelle che non
perpendicolarmente ad essi.
Ovviamente, l’idea che le stelle fossero distribuite in gusci sferici era
errata (dettata solo da motivi teologici), mentre era corretta l’idea che
la Via Lattea fosse prodotta dal fatto che in quella direzione il sistema
stellare è più esteso.
Emanuel Kant (1724 – 1804)
Kant sviluppa nel 1755 una delle più belle concezioni
di Universo mai prodotte dalla mente umana. Nella
sua opera “Storia Generale della Natura e Teorie
del Cielo” egli afferma che le nebulose che si
osservano in cielo non sono altro che altrettante
“Vie Lattee”, ognuna delle quali è costituita da
miliardi di stelle distribuite in modo da formare una
struttura schiacciata, a forma di disco, che ruota
intorno ad un asse centrale.
Con Kant nasce il concetto degli infiniti Universi-isola.
L’opera di Kant non è circoscritta alla descrizione della natura delle
singole galassie, ma anche all’ordinamento dell’intero Universo.
Secondo Kant, le galassie si raggruppano in sistemi e questi, a loro volta,
in sistemi di sistemi, secondo un ordinamento sempre più gerarchico.
Queste sue intuizioni si dimostreranno geniali due secoli dopo, nel 1920,
quando verrà accertata l’esistenza e la natura delle galassie.
Ma mentre per Kant si trattava esclusivamente di intuizioni di tipo
speculativo-filosofico, nel 1920 si hanno prove scientifiche rigorose
della loro esistenza e natura.
William Herschel (1738 – 1822)
Astronomo del XVIII secolo, famoso per aver costruito un grande
telescopio riflettore, di diametro di oltre 1 m e focale di 12.20 m.
Con questo ed altri telescopi da lui costruiti (i più potenti dell’epoca)
fece alcune scoperte molto importanti:
• 1787: 2 satelliti di Urano
• 1789: 2 satelliti di Saturno
Fece anche studi importanti che riguardavano la distribuzione delle
stelle all’interno della Galassia, grazie ai quali riuscì a fornire una
rappresentazione 3D della Via Lattea:
In questa rappresentazione,
le stelle sono disposte in
cielo
secondo
una
configurazione a forma di
lente e il Sole si trova al
centro della struttura.
Inoltre, non conoscendo il fenomeno dell’assorbimento interstellare,
era portato a stimare dimensioni molto più piccole del vero (appena
13 a.l., circa 4 pc).
Herschel pone il Sole al centro della Galassia, dando origine al
“Galattocentrismo”: quest’idea sarà portata avanti per più di un
secolo, quando si scoprirà che il Sole occupa una posizione periferica.
Come già sospettato da Herschel, grazie all’uso
dello spettroscopio (seconda metà del XIX sec.)
viene confermata l’esistenza di due diversi tipi di
nebulose:
a) nebulose formate da stelle (come sospettato
da Galileo);
b) nebulose formate da polvere e gas diffuso.
• Alla fine del XIX secolo le idee sulla natura della Via Lattea, e sul
problema direttamente connesso concernente la natura delle nebulose,
erano ancora poco chiare.
• Nello stesso tempo:
a) erano stati compiuti progressi importanti nell’osservazione delle
nebulose, culminati nella pubblicazione del New General Catalog (1888)
contente circa 13000 di questi oggetti;
b) erano stati fatti progressi nella determinazione delle distanze
stellari e lo studio della distribuzione delle stelle nei dintorni del Sole
aveva portato ad un nuovo modello di universo da parte di Kapteyn,
sempre galattocentrico come quello di Herschel.
Jacobus Cornelius Kapteyn (1851 – 1922)
L’astronomo olandese J.C. Kapteyn, nei primi anni del ‘900 (1922),
perfeziona il modello di universo di Herschel.
Dopo aver compiuto studi sulle parallassi stellari ed i moti propri
delle stelle vicine, propose un modello che appariva essere come
un'isola appiattita di stelle, lungo non più di 50 000 a.l. e largo non
più di 10 000 a.l., con il Sole posto vicino al centro.
Questo modello aveva un’ampiezza tripla e uno spessore
quintuplo di quello proposto da Herschel.
Rappresentazioni
così
imprecise della Via Lattea
derivavano
dal
problema
principale
dell’astronomia
dell’inizio del Novecento:
la quasi totale assenza di
informazioni sulle distanze
stellari.
Si conosceva la distanza delle stelle vicine, ma quella delle
stelle lontane poteva solo essere ipotizzata.
La relazione “Periodo – Luminosità”
per le stelle variabili “Cefeidi”
Nel 1908 l’astronoma statunitense Henrietta Leawitt pubblicò la
relazione periodo-luminosità delle stelle variabili cefeidi, divenuta poi la
pietra miliare per la scala delle distanze astronomiche.
In tale studio si afferma che tanto più una cefeide è luminosa, tanto più
è lungo il suo periodo di variazione.
Si
potevano
così
determinare le distanze
relative delle cefeidi,
per esempio si riusciva
a stabilire che una
cefeide era posta a
distanza
doppia
dell’altra, ma non si
poteva determinarne la
distanza effettiva, non
essendo ancora stata
misurata la distanza
per alcuna cefeide.
Harlow Shapley (1885 – 1972)
A partire dal 1918 l’astronomo di Harward, Harlow Shapley, cominciò a
osservare le variabili cefeidi RR-Lyrae poste negli ammassi globulari, allo
scopo di determinare le dimensioni della Via Lattea.
Gli ammassi globulari infatti, essendo al di fuori del disco galattico, non
sono oscurati in modo significativo. Poiché Shapley utilizzava la relazione
luminosità-periodo delle Cefeidi, le distanze che ottenne erano sbagliate,
ma la geometria era quella giusta: la Galassia (a quei tempi l'Universo) è
costituita da una distribuzione sferoidale centrata su un punto,
collocato in direzione della costellazione del Sagittario, che è lontano
dal Sole (8 kpc secondo le stime più recenti), ben più ampia dell'Universo
di Kapteyn: ben 250 mila a.l., cioè 10 volte più grande dell’Universo di
Kapteyn (oggi sappiamo che le dimensioni sono di 100 mila a.l.).
A differenza di quanto accade nei modelli
di Herschel e Kapteyn, il Sole si trova
dunque in posizione periferica,
Nel grafico, il punto giallo rappresenta
la posizione del Sole nella Galassia,
mentre la “X” rossa indica la posizione
del centro galattico.
• Come consequenza del lavoro di Shapley, le nebulose a spirale
(non
ancora
chiamate
“galassie”)
dovevano
trovarsi
relativamente vicine e non potevano essere comparabili, in
dimensioni, alla Via Lattea.
• Ciò provocò l’opposizione
“universi-isola”.
dei
sostenitori
dell’idea
degli
Intanto ….
• Confrontando la luminosità delle “novae galattiche” con quella
delle “novae” osservate in altre nebulose, ci si rese conto della
loro enorme distanza
La discussione tra gli astronomi divenne così vivace che
l’Accademia delle Scienze di Washington decise di
formalizzarla invitando i due esponenti delle opposte tendenze
a confrontarsi il 26 aprile 1920:
Harlow Shapley
natura galattica delle nebulose
Heber D. Curtis
natura extra-galattica delle nebulose
Harlow Shapley era convinto (come la
maggior
parte
degli
astronomi
dell’epoca)
che
la
Via
Lattea
costituisse l’intero Universo, e che le
nebulose a spirale fossero masse di
gas poste all’interno della nostra
Galassia.
Heber D. Curtis, era il rappresentante
della fazione il cui parere era
diametralmente opposto, favorevole
all’idea degli “universi-isola” e che
quindi la “Via Lattea” altro non fosse
che una delle innumerevoli nebulose a
spirale dell’universo.
Nel 1920 si conclude, dopo quasi un secolo e mezzo, il
“grande dibattito” sulla natura delle nebulose gassose, iniziato
con Herschel alla fine del ‘700, dimostrando quanto fossero
state geniali le intuizioni di Wright e Kant sugli “universiisola”. Ma, mentre per loro si trattava “solo” di intuizioni,
adesso si hanno prove “rigorosamente scientifiche”.
Prima del 1920 nessuno sapeva cosa fosse una galassia
Nel 1920 pochi sapevano cosa fosse una galassia
A partire dal 1920 tutti gli astronomi sanno cos’è una galassia
Nel 1920 ha origine il concetto di galassia ed ha
inizio l’era dell’astronomia extragalattica!
Le galassie svolgono nel “macro-cosmo” la stessa funzione svolta
dagli atomi nel “micro-cosmo”
possono essere considerate gli
elementi fondamentali di cui è costituito l’Universo, nello stesso
modo in cui gli atomi vengono considerati gli elementi fondamentali
di cui è costituita la materia.
Da cosa sono formate le Galassie:
Massa (visibile): 1011 M
stelle: 90%
gas:
ionizzato: 10%
(1044 g)
materia interstellare: 10%
90%
neutro: 90%
atomi e molecole
polvere
(e corpi solidi): 10%
Classificazione delle galassie
Il 1920 segna l’inizio di una nuova epoca
nello studio dell’Universo, segnata subito
dall’opera di uno dei più grandi astronomi del
secolo scorso, H. Hubble (1889-1953),
fondatore dell’astronomia extra-galattica e
scopritore di uno dei fenomeni più profondi
della natura: l’espansione dell’Universo,
espressa matematicamente per mezzo di
una famosa legge che porta il suo nome.
Nel 1924, Edwin Hubble
suddivise le galassie in
“classi morfologiche”, sulla
base della loro “apparenza”.
Schema di classificazione di Hubble
(Hubble 1936)
Andamento generale all’interno della sequenza di Hubble, da E a Sc:
diminuisce il rapporto
Bulge/Disco
Ellitticche (E)
diminuisce l’età delle stelle
Lenticolari (S0)
aumenta il contenuto di gas
Spirali (S) e spirali barrate (SB)
aumenta la formazione
stellare
Irregolari (Ir)
Proprietà delle galassie in funzione del tipo morfologico:
Sc
Irr
grande
piccolo
no
no
appena
accennati
aperti
evidenti
lievi
tracce
quasi
assente
quasi
assente
~ 1%
5-10%
10-50%
no
no
tracce
parecchie
dominanti
Stelle
vecchie
(~ 1010 y)
vecchie
qualcuna
giovane
Tipo spettrale
G-K
G-K
G-K
colore
rosso
rosso
Massa (MO)
108 - 1013
(molte) 1012 - 109 (poche)
108 - 1011
Luminosità (LO)
106 - 1011
(molte) 1011 - 108 (poche)
108 - 1011
"Bulge"
nucleare
Bracci di
spirale
Gas
Stelle giovani /
Regioni HII
E0-E7
S0
Sa
Solo
"bulge"
"bulge"
e disco
no
Sb
2-5%
quasi tutte
giovani
F-K
A-F
A-F
blu
Le galassie tendono ad associarsi in sistemi sempre
più grandi: gruppi, ammassi, super-ammassi,
secondo un ordine gerarchico sempre più grande.
Struttura dell’universo:dalla piccola alla grande scala
Sistema solare:
diametro: ~ 10 ore luce
massa:
~ 1 MO
Galassia:
diametro: ~ 105 anni luce
massa:
~ 1012 MO
componenti: stelle, gas, polvere, materia oscura
Galassie esterne:
morfologia: varia (ellittiche, spirali, irregolari)
massa:
~ 108 ÷ 1012 MO
componenti: dipende dal tipo morfologico - in
generale, come per la Galassia
Gruppi di galassie:
numero di galassie: < 50
esempio: Gruppo locale (Via Lattea, Andromeda, Nubi
di Magellano, ecc.)
Ammassi di galassie:
numero di galassie: 102 ÷ 103
massa:
1013 ÷ 1015 MO
diametro: 106 ÷ 4x107 anni luce (0.3 - 12 Mpc)
struttura: a) irregolare (Vergine); b) regolare (Coma)
Super-ammassi di galassie:
struttura: aggregati irregolari di ammassi e gruppi
massa:
1015 ÷ 1016 MO
dimensioni: ~ 1.5x108 anni luce (~ 50 Mpc)
esempio: Super-ammasso locale (dimensioni: ~ 20 Mpc;
massa: 1015 MO; solo il 5% del volume occupato da
galassie)
Strutture filiformi e “Voids”
I super-ammassi di galassie tendono a distribuirsi
secondo strutture filiformi (~ 10% dell’Universo)
I “Voids” hanno dimensioni di ~ 25-50 Mpc ed una
densità di galassie inferiore di un fattore ~ 5-10
rispetto a quella del super-ammasso.
L’universo è omogeneo ed isotropo su scale dell’ordine
dei 3 miliardi di anni luce
Conclusioni:
L’universo presenta una struttura cellulare di dimensioni di 50 milioni di anni
luce, con alternanza di vuoti e zone densamente popolate di ammassi e superammassi di galassie
Su scale molto grandi ( 3 miliardi di anni luce) l’universo è omogeneo ed
isotropo
se si vogliono determinare grandezze medie dell’universo si deve
considerarle entro volumi di quest’ordine di grandezza
Su ogni ordine di scala c’è evidenza della presenza di materia oscura (~ 6 volte
la materia luminosa) e di “energia oscura” (~ 18 volte la materia luminosa)
http://www.youtube.com/watch?v=4disyKG7XtU&feature=player_embedded
L’universo su larga scala
ammassi
‘voids’
filamenti
super-ammassi
Simulazione dell’evoluzione dell’Universo, dal Big-Bang
ai giorni nostri ...
“Non chiediamo per quale scopo utile gli uccelli
cantano, perché il canto è il loro mestiere, in
quanto furono creati per cantare.
Similmente, non dovremmo chiederci perché la
mente umana si sforzi di penetrare i segreti dei
cieli …
La verità dei fenomeni della Natura è così
grande, ed i tesori nascosti nei cieli così ricchi,
proprio perché alla mente umana non manchi mai
di che nutrirsi.”
Johannes Kepler, Mysterium Cosmographhicum
FINE
Stelle
densità: 1 g/cm3
massa: 1033 g
T: 103 - 107 K
giovani (0.1 Gyr)
appena formate
vecchie (15 Gyr)
Gas (oggetti giovani)
densità: 1 atomo / cm3
T: 103 - 104 K
Gas (stadi finali)
nebulose planetarie
V 1000 km / s
massa 0.1 M
Gas (esplosioni di supernova)
V
radiazione X
10000 km/s
massa: 50%
visibile
infrarosso
T
107 K
T
104 K
T
102 - 10 K
onde radio
(V c)
Immaginiamo una splendida
serata, una tra le tante
nel corso dell’anno ...
Il panorama è illuminato dai caldi colori
del tramonto …
La sfera celeste
miliardi di stelle …
è
punteggiata
da
Pochi momenti riescono ad infondere
pace e serenità alla persona come quelli
in cui si riesce a godere di questo
affascinante spettacolo della natura ...
Questa visione idilliaca dell’universo è solo apparente. Infatti …
Il cosmo è dilaniato da immani esplosioni, possenti getti di materia, lampi con
l’energia pari a quella emessa da miliardi di Soli, galassie che si divorano ...
La scienza moderna ci ha mostrato l’esistenza di fenomeni di una violenza
inaudita …
Esplosioni
di stelle ...
Cannibalismo
tra galassie ...
Eruzioni solari ...
Urti tra pianeti
ed asteroidi ...
Ma è tutto ciò che permette la sua e la nostra esistenza!
Ma allora, perché non ci “accorgiamo” di tutto ciò?
La radiazione che riceviamo dagli astri è la sovrapposizione
di tante onde elettromagnetiche.
L’energia emessa si distribuisce nelle varie regioni dello
spettro a seconda dello stato fisico in cui si trovano i corpi
celesti.
Nello spettro elettromagnetico la
radiazione visibile costituisce una
porzione molto piccola ma importante,
in quanto è l’unica che riesce a
penetrare l’atmosfera terrestre,
insieme alle onde radio.
L’occhio umano è sensibile solo a
questo tipo di radiazione e questo
spiega perché abbiamo una visione
parziale dei fenomeni dell’universo.
Ad esempio, se i nostri occhi fossero sensibili ai raggi X,
vedremmo la luminosità di molte stelle variare tra 2 e 100
volte, da una notte all’altra, ed il cielo non ci apparirebbe così
perfetto ed immutabile come invece lo osserviamo ...
Starry
Night
… forse vedremmo il cielo come quello
dipinto da Van Gogh in questi due famosi
quadri … questo pittore, un po’ pazzo e
visionario, dipingeva il cielo proprio come
gli sarebbe apparso se i suoi occhi
fossero stati sensibili ai raggi X … o alla
radiazione infrarossa ...
Polvere
particelle di qualche micron
temperature basse (10 - 100 K)
si trova nei dischi
Galassie ellittiche
massa compresa tra 105 e 1013 MO
Luminosità compresa tra 3x105 e 1011 LO
rapporto M/L ~ 100 MO/LO
diametro compreso tra 10 e 600.000 anni luce
popolozione stellare vecchia (II) e giovane “avanzata” (I)
costituiscono circa il 20% dell’intera popolazione di galassie
struttura regolare e simmetrica e contorni ellittici
sotto-tipi da E0 a E7 definiti sulla base dello schiacciamento apparente (non
3-D): En con n = 10x(1-b/a) con a e b assi maggiore e minore apparenti.
Galassie Ellittiche
Galassie lenticolari o S0
regione centrale molto brillante e regolare (“bulge”, simile ad una
galassie ellittica), circondata da una regione estesa la cui brillanza
decresce meno rapidamente (simile ad un disco)
non è visibile alcuna struttura, né bracci di spirale
questa classe di oggetti potrebbe essere di transizioni tra le
ellittiche e le spirali Sa.
Galassie spirali
sono costituite da:
“bulge” +
disco +
bracci di spirale
costituiscono circa il 77%
dell’intera popolazione di
galassie
i sotto-tipi a, b, c sono definiti sulla base di 3 criteri:
1) rapporto di luminosità B/D tra “bulge” (B) e disco (D): Sa
2) grado di apertura dei braccidi spirale: Sa
B/D>1; Sc
molto stretti; Sc
B/D<0.2
molto aperti
3) grado di risoluzione delle regioni di formazione stellare (HII)
massa compresa tra 109 e 4x1011 MO
Luminosità compresa tra 108 e 2x1010 LO
rapporto M/L ~ 10 MO/LO
diametro compreso tra 15 e 750000 anni luce
popolozione stellare: giovani stelle di “popolazione I” nei bracci di
spirale; stelle vecchie di “popolazione II” nel nucleo e nell’alone
Galassie spirali barrate
si differenziano dalla galassie a spirale normali per la presenza di una
struttura longitudinale a forma di “barra” che attraversa la regione
nucleare e dalle cui estremità partono i bracci di spirale
la suddivisione nei sotto-tipi a, b, c avviene secondo gli stessi criteri
adoperati per le galassie a spirale normali
Galassie a Spirale
Galassie irregolari
dal punto di vista morfologico, non presentano alcuna simmetria
sono più piccole rispetto alle ellittiche ed alle spirali
si suddividono in 2 sotto-tipi:
1) Irregolari di tipo I: sono risolte in stelle, ma la struttura a spirale è molto disturbata
2) Irregolari di tipo II: hanno una struttura regolare ma “caotica” (M82) con filamenti di gas
massa compresa tra 108 e 3x1010 MO
Luminosità compresa tra 107 e 109 LO
rapporto M/L ~ 10 MO/LO
diametro compreso tra 1 e 30.000 anni luce
popolozione stellare di tipo I: molte stelle giovani (tipo B) e materia
interstellare (gas e polvere)
costituiscono circa il 3% dell’intera popolazione di galassie
Galassie Irregolari
Gruppo locale:
dimensioni ~ 1 Mpc
39 galassie, incluse la
Via
Lattea
ed
Andromeda
5 galassie brillanti
(M31, MW, M33, LMC,
IC10)
3 spirali
M33)
(M31,MW,
22 ellittiche (18 dW e
2 piccole E)
14 irregolari di varie
dimensioni
Massa totale ~ 5x1012
MO
Andromeda dista dalla Via Lattea 2.2 milioni di anni luce
Le Nubi di Magellano distano dalla Via Lattea 200.000 anni luce
Ammasso della Vergine:
distanza: ~ 18 Mpc (~ 60 milioni
di anni luce)
dimensioni: ~ 2 Mpc
~ 2500 galassie (la maggior parte
nane)
Massa totale ~ 1014 MO
L’ammasso della Vergine è
l’ammasso di galassie più vicino a
noi. Al centro troviamo la
galassia ellittica gigante M87.
Tra le galassie più brillanti
troviamo M84 e M86 (entrambe
S0, in alto a destra).
Ammassi ricchi:
dimensioni: ~ 5-10 Mpc
sono costituiti
migliaia di galassie
da
Massa totale: fino a ~
1015 MO
al centro si trova
sempre una (o più)
galassia
ellittica
gigante
le galassie ellittiche
sono concentrate nella
regione
centrale
dell’ammasso
le galassie a spirale si
trovano nelle regioni
esterne dell’ammasso
L’ammasso di Coma (distante 90
Mpc; ~ 300 milioni di anni luce) è
un esempio di ammasso ricco
le galassie sono immerse in un gas caldo (107-8 K) che costituisce il 10-20%
dell’intera massa dell’ammasso ed emette intensamente nel dominio X.
Simulazione dell’interazione tra la Via Lattea ed Andromeda
Simulazione dell’interazione tra galassie all’interno
di un ammasso
