Salve ragazze e ragazzi!
Iniziamo con questa pagina il nostro viaggio che ci
porterà dalla scoperta della nostra Galassia fino ai
confini dell’Universo, così come oggi possiamo
osservarli e conoscerli con gli strumenti di cui
disponiamo, sia negli osservatori terrestri che nello
spazio.
Iniziamo quindi dalla Via Lattea. Possiamo vederla, nelle notti molto serene, e ci
appare come una larga striscia luminosa nel cielo, intercalata da zone scure.
Chi di voi non l’ha mai vista provi, in una notte serena, ad osservare il cielo da
un luogo con scarsa illuminazione, o meglio ancora nessuna: la noterà
senz’altro.
Ha questo nome strano e poetico insieme perché gli antichi la chiamavano “la
via del latte”, e, non conoscendone la vera natura, si erano immaginati una
miriade di differenti aneddoti mitologici. Ai nostri occhi infatti, così come a
quelli degli antichi, la Via Lattea appare come una specie di “fascia” luminosa.
Non si tratta ovviamente di questo, ma di una miriade di stelle, che ci
appaiono, a causa della loro distanza, talmente vicine fra loro da non vederle
distinte le une dalle altre bensì formare una specie di striscia luminosa continua.
Basta infatti un modesto cannocchiale o binocolo per
iniziare a vedere distintamente le singole stelle che
compongono la via Lattea.
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La Via Lattea è in effetti la proiezione in cielo di un “pezzo” della nostra
Galassia. È un po’ come quando siamo nell’interno di uno stadio: riusciamo a
vedere parte degli spalti in cui stanno altri spettatori ma non quelli dove siamo
noi. Stando all’interno della nostra Galassia , riusciamo a vederne solo parte e
comunque non possiamo vederne la forma complessiva, così come da
“dentro” lo stadio non si può vedere come è fatto all’esterno, se ne può solo
intuire la forma e le dimensioni. Il nostro Sistema Solare è solo una piccolissima
componente della Galassia, di cui fa parte assieme a enormi nubi di gas,
polveri e oltre cento miliardi di altre stelle. Il tutto è “tenuto insieme” dalla
mutua attrazione gravitazionale di questi sistemi, la stessa attrazione che fa sì
che la penna che ci sfugge di mano cada al suolo.
In una notte serena vediamo con gli occhi circa 4000 stelle. Esse sono quindi
solo una piccolissima parte dei miliardi di altre stelle che compongono la
Galassia. Di queste, che non vediamo ad occhio nudo, possiamo accertare
l’esistenza solo con i telescopi, che ci permettono di raccogliere la debole luce
che ci arriva dagli oggetti celesti anche più deboli e/o lontani.
Ma quale è la forma e quali le dimensioni della nostra Galassia per come le
conosciamo studiandola dall’interno?
La Galassia può essere suddivisa, per studiarla, in diverse componenti: al centro
presenta , un rigonfiamento, chiamato nucleo o bulge in inglese, del diametro
di 16.000 anni luce.
Attorno al bulge si estende il disco, una regione dalla forma schiacciata del
diametro di 100.000 anni luce contenente una struttura a bracci di spirale che
si dipartono dal nucleo e vi si avvolgono intorno.
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Se potessimo vederla dall’esterno, di fianco, la
nostra Galassia ci apparirebbe più o meno così
L’intero complesso è circondato da un alone sferico costituito da decine di
ammassi di stelle.
Se potessimo vederla dall’esterno, la nostra Galassia
ci apparirebbe circondata da un alone di ammassi
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Il Sistema Solare è un piccolissimo punto sul disco, verso la periferia, a circa
26.000 anni luce dal centro. Insieme alle altre stelle e alle nubi di gas e polvere,
il Sole ruota attorno al centro della Galassia, compiendo un giro completo ogni
225 milioni di anni a una velocità media di circa 250 chilometri al secondo.
Quindi oltre che attorno al Sole il nostro pianeta ruota, assieme a tutto il Sistema
solare, anche attorno al centro della Galassia, ad una velocità ben superiore,
ad esempio, a quella di un aereo ultrasonico, che viaggia a “soli” 2-3.000
chilometri all’ora. Ovviamente noi non ci accorgiamo di questi moti, ancorati
come siamo al suolo terrestre.
È bene comunque che ci fermiamo un attimo per ragionare su questi numeri,
perché sono molto grandi rispetto alla nostra esperienza quotidiana. Il nome
stesso dell’ unità di misura che usiamo, l’anno luce, potrebbe indurci in errore.
Non si tratta infatti di una misura di tempo (“anno”…) ma di spazio, dato che
misura la distanza coperta dalla luce in un anno. E la luce va veramente
veloce, anzi rappresenta la velocità limite, massima se vogliamo, cui si può
arrivare in natura: 300.000 chilometri al secondo quando si propaga nel vuoto.
Quanto è un anno luce in termini di distanza quindi? Tanto per i nostri sensi! Per
farcene una pur rozza idea, seguiamo il cammino della luce da quando viene
emessa dal Sole fino a quando arriva alla stella più vicina, Proxima del
Centauro.
Se pensiamo che la luce del Sole, da cui ci separano 150 milioni di chilometri,
impiega oltre 8 minuti per arrivare fino a noi iniziamo ad avere un’idea. In altre
5 ore o poco più essa arriva fino a Plutone, il più distante dei pianeti del Sistema
Solare. Andando oltre il sistema dei nove pianeti, la luce si inoltra nel disco di
asteroidi che li ingloba, la fascia di Kuiper, una sorta di ciambella, per superare
la quale la luce impiega ancora qualche ora, nonostante la sua velocità
notevolissima. Lasciata anche la fascia di Kuiper la luce entra nella “nube di
Oort”, la grande zona sferica di miliardi e miliardi di nuclei di comete che
ingloba sia la fascia di Kuiper che la, a questo punto assai piccola, zona dei 9
pianeti. Per uscire dalla nube di Oort la luce, partita dal Sole, impiega quasi
due anni.
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Da qui per arrivare alla stella più vicina occorrono altri 2 anni, 4 in tutto. Ma
siamo appena “fuori di casa”. Per giungere fino alla stella più lontana che
scorgiamo ad occhio nudo impiegherà altri 10.000 anni. Insomma le distanze
fra stella e stella possono essere notevolissime nella Galassia e le stelle stesse
appaiono, in questi spazi enormi, come puntolini in uno spazio sostanzialmente
vuoto. La situazione, nelle varie zone della Galassia può essere anche molto
differente. Come vedremo in vari casi le stelle tendono ad aggregarsi
“affollandosi” in zone molto ristrette.
Poiché ci troviamo al suo interno riusciamo, come detto, a vedere solo una
parte della Galassia, una frazione del disco, ricco di stelle e quindi alquanto
luminoso. Per questo, ad occhio nudo, vediamo una sorta di fascia luminosa
che si rivela, con un telescopio anche modesto, essere costituita in realtà da
una miriade di stelle che ci appaiono molto vicino fra loro.
Non appena usciamo dall’atmosfera ecco che anche la Via Lattea, come la
maggior parte dei corpi celesti, presenta un aspetto molto diverso se riusciamo
a captare radiazioni diverse dalla luce che vediamo con i nostri occhi. I vari
corpi celesti infatti non emettono radiazione solo come luce “visibile”, ma
anche di vari altri tipi. In quest’immagine all’infrarosso, presa dal satellite COBE
si distinguono molto bene proprio il disco della Galassia ed il rigonfiamento del
bulge centrale.
Per osservare bene la Galassia, o ogni altro corpo celeste, in infrarosso, occorre
andare oltre l’atmosfera, dato che questa si comporta come un filtro che
assorbe la stragrande maggioranza della radiazioni che arrivano fino alla Terra.
Al suolo non riescono ad arrivare le radiazioni infrarosse o ultraviolette, se non in
minima parte, e neppure le radiazioni X o altre che i corpi celesti possono
emettere a seconda dei fenomeni che si svolgono in essi.
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Per noi, come umanità, questo è quanto di meglio possa succedere, dato che
la maggior parte di queste radiazioni sono assolutamente nocive per
qualunque tipo di essere vivente, fin alle forme di vita più semplici e primitive.
Per l’osservazione astrofisica ciò è invece una vera sfortuna, dato che
perdiamo una quantità enorme di informazione che è trasportata proprio da
quelle radiazioni. Ad esempio il fatto che un corpo celeste, stella o galassia,
emetta radiazioni X significa tipicamente che in quel corpo stanno avvenendo
fenomeni che coinvolgono quantità enormi di energia, necessarie per produrre
quel tipo di radiazione. Di conseguenza se possiamo osservare il cielo “X”,
ovvero osservando con strumenti opportuni quali corpi celesti emettano questa
radiazione e quanta, ci appariranno soprattutto le galassie e le stelle, come le
supernovae, in cui sono in atto fenomeni molto energetici o addirittura esplosivi.
Il nostro Sole, ad esempio, che è una stella piuttosto tranquilla, per nostra
fortuna emette pochissima X. In altre parole se lo vedessimo da un altro punto
della Galassia con un filtro che lascia passare solo i raggi X ci apparirebbe
come una debolissima stellina, rispetto a come lo vedremmo, senza il filtro, in
luce visibile, ovvero quella che riusciamo a captare con i nostri occhi .
Per fortuna, da poco meno di 30 anni, sopra l’atmosfera
possiamo andarci con i satelliti artificiali, che sono dei veri e
propri osservatori astronomici orbitanti che ci permettono, per
mezzo di opportuni strumenti, di “vedere” i vari tipi di radiazione
emessa dai corpi celesti: X, infrarossa, ultravioletta e altre.
Questo ci permette di avere informazioni diverse a seconda
della radiazione che consideriamo. Se osserviamo la radiazione infrarossa, ad
esempio, ci appariranno particolarmente evidenti le stelle più fredde, che
emettono maggiormente in quella particolare radiazione. Se osserviamo
nell’ultravioletto ci appariranno invece come evidenti le stelle più calde e così
via: ogni tipo di radiazione ci porta informazioni diverse sugli oggetti celesti. Per
certi versi potremmo dire che è un po’ come avere i pezzi di un rompicapo da
rimettere insieme, per conoscere al meglio ed in modo completo come è fatto
e cosa sta succedendo in una particolare galassia e/o stella.
Le osservazioni con telescopi capaci di rilevare la
radiazione X, come il satellite Chandra che ha
ripreso questa immagine a lato, hanno evidenziato,
al centro della nostra Galassia, una massa di gas di
pochi anni luce di diametro, quindi molto
“piccola”, in rapida rotazione attorno a un oggetto
di dimensioni molto limitate ma estremamente
massiccio. Questo oggetto è quasi certamente un
buco nero con una massa almeno 5 milioni di volte
quella del Sole.
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Le condizioni fisiche di gas e stelle presenti nella Galassia sono molto diverse tra
loro: si va da nubi gassose più fredde e rarefatte a oggetti stellari compatti,
estremamente densi e caldi. A seconda dell’energia sprigionata da questi
oggetti celesti, essi possono emettere radiazione di lunghezza d’onda molto
varia.
Osservare quindi la Galassia, da Terra o dallo spazio, sotto differenti radiazioni ci
offre importanti informazioni sui suoi componenti.
Come appare il disco della Galassia osservato da un radiotelescopio
Il disco della Galassia come appare se osservato con un rivelatore di raggi gamma
Guardiamo queste due immagini: nella prima vediamo la Galassia nelle onde
radio, alla lunghezza d’onda di 21 cm, radiazione che corrisponde a quella
emessa dall’idrogeno neutro, che è l’elemento di gran lunga più abbondante
nell’Universo. Questa immagine ci rivela chiaramente la presenza di grandi
quantità di gas “freddo” nella nostra Galassia.
Ma come ci apparirà se la osserviamo con particolari strumenti che ci fanno
“vedere” , ad esempio, solo i raggi gamma? Nella seconda immagine,
vediamo che la forma della Galassia cambia completamente, stiamo
d'altronde mettendo in rilievo proprio le sorgenti, ad esempio stelle, con
maggiore energia, le uniche che riescono a produrre raggi Gamma.
Non si tratta quindi di galassie “diverse” ma di diversi
aspetti sempre della stessa galassia, la nostra.
Studiando in questo modo la nostra Galassia riusciamo a capire che alle varie
zone in cui convenzionalmente la dividiamo per comodità: bracci di spirale,
disco, bulge corrispondono anche “popolazioni” differenti.
La nostra Galassia non è certo quel luogo tranquillo, statico e uniforme che la
visione notturna della Via Lattea in una sera estiva ci potrebbe suggerire. Vi
sono regioni, al suo interno, in cui hanno luogo violente reazioni che
sprigionano quantità enormi di energia, provocate dalle esplosioni di stelle al
termine della loro evoluzione, e dalla conseguente formazione di nuove stelle.
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La Via Lattea risulta popolata da
stelle in formazione, situate appunto
in queste regioni molto attive e
identificabili con i bracci di spirale.
Vi si trovano poi stelle appena
formate, raggruppate per lo più nel
disco galattico e che sono ben
visibili con un normale telescopio
ottico e, infine, stelle al termine della
loro evoluzione, di età comparabile
con quella della Galassia stessa,
che troviamo raggruppate
principalmente
negli ammassi globulari componenti
principali dell’alone della Galassia.
Gli ammassi globulari sono degli insiemi di stelle che si “ammassano” appunto
con una densità particolare, rimanendo quindi a distanze fra loro molto piccole
rispetto a quelle che troviamo, ad esempio, nei bracci di spirale dove resta,
come visto, il nostro Sistema solare. Se ricordiamo l’esempio del cammino della
luce dal Sole alla stella più vicina, avevamo concluso che lo spazio fra Sole e
Proxima del Centauro è enorme rispetto alle loro dimensioni. Negli ammassi
globulari invece la attrazione gravitazionale fra le singole stelle ha “lavorato” in
modo diverso che nei bracci di spirale, creando una situazione in cui le singole
stelle sono molto vicine fra loro. Nella immagine sotto vediamo M15, che è
forse l’ammasso globulare più denso e compatto della nostra Galassia.
Al suo interno si possono contare più
di 30.000 stelle ed è probabile che, al
centro, la grande concentrazione di
massa abbia contribuito alla
formazione di un buco nero.
M15 non è certo l’unico ammasso della
Galassia, anzi è frequente che le stelle
della Galassia tendano ad aggregarsi in
ammassi di forma sia irregolare, detti
ammassi aperti, che sferica, detti
ammassi globulari.
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Questi sono per lo più localizzati in un alone sferico che circonda l’intera
Galassia e possono contenere migliaia se non milioni di stelle concentrate in
poche centinaia di anni luce, come M80, l’ammasso globulare nell’immagine
qui sotto, le cui dimensioni lineari sono di circa 95 anni luce. È situato a una
distanza di 36.000 anni luce e si suppone si sia formato nelle fasi iniziali di
formazione della Galassia dato che è costituito per lo più da stelle molto
avanti nella loro evoluzione.
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