astrofisica
galassie
appunti di scienze e fisica
per la quinta g
parte 2 di 4
Sommario
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n
n
n
n
Oggetti dell’universo
La nostra galassia
Formazione del disco di accrescimento
Le galassie
Ammassi di galassie
In file separati:
Parte 0: Storia astronomia
Parte 1: Stelle
Parte 3: Cosmologia (contiene Bibliografia)
2
Oggetti dell’universo
n
Oggetti
dell’Universo
n
Immagini dell’universo dalla NASA in:
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/photo_gallery/
La nostra galassia
n
Via Lattea vista
dalla Terra
• Striscia più
luminosa perché
più ricca di stelle
• Comprende 100
miliardi di stelle
nei diversi stadi
evolutivi, gas,
polveri e
nebulose.
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La nostra galassia
n
Morfologia galattica
• Inizio XX secolo: si comprese
la forma del disco
• Anni 30: si comprese
l’esistenza dei bracci della
spirale
• La posizione del sole periferica
rende ragionevolmente conto
della distribuzione degli
ammassi globulari (32.000 ly
dal centro)
• Il Sole compie nella Galassia
una rivoluzione completa in
200 milioni di anni (v=250
Km/sec)
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La nostra galassia
n
Mappa radio della
Galassia
• Identificazione nubi che
emettono radiazioni di 21 cm
• Calcolo della distanza delle
varie nubi da cui proviene la
radiazione
• Rappresentazione della
distribuzione di H neutro nella
galassia e quindi
identificazione dei bracci o
regioni costituiti
essenzialmente da H
• 1980/90: rigonfiamento
galattico
• A 5000 ly dal centro galattico
si trovano nubi di gas
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La nostra galassia
n
Struttura
• Disco galattico
n
n
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diametro 100.000 ly
spessore 1.700 ly
• Rigonfiamento (16.000 ly)
• Bracci
• Nucleo galattico: nella direzione
della costellazione del Sagittario,
con max concentrazione di stelle
e forse un buco nero
• Alone: diametro 80.000 ly,
costituito sia da stelle vecchie che
da ammassi globulari (200 ~,
ciascuno contiene da 100.000 a
un miliardo di stelle)
• Corona: si estende per un
migliaio di anni luce sopra e sotto
il disco galattico (involucro di gas
molto rarefatto ad alte T
cinetiche)
La nostra galassia
n
Formazione
Possibili scenari:
•
Collasso rapido della parte più esterna della galassia seguito da
rimescolamento e fusione di nube gassosa nella parte più interna
•
Collasso sia per il rigonfiamento che per il disco; le regioni più
esterne si sarebbero formate per fusione di frammenti
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Formazione del disco di accrescimento
n
n
La protogalassia è una massa di gas rotante attorno ad un asse.
Il gas è attratto verso il centro:
• Conservazione del momento angolare L per sist. isolato
• Equilibrio tra F centrifuga e centripeta
n
n
Ogni m di gas, che si trova a una certa L, raggiunge
la condizione di equilibrio dinamico a req.
A seconda che l’equilibrio preceda o segua la formazione di stelle si hanno forme di
galassie diverse:
• Se galassia → equilibrio → formazione stelle, si ha galassia a spirale
• Se galassia → formazione stelle → equilibrio, si ha galassia ellittica
n
n
Le collisioni tra galassie, inoltre, contribuiscono a formare galassie ellittiche, rigonfiamenti
centrali e aloni delle spirali.
Si hanno poi galassie formate da sistemi binari nana bianca - gigante rossa. Il gas sottratto dalla
nana alla gigante ha alto L (per alto v orbitale del sistema delle 2 stelle)
mvr = L
2
mv = GM (r ) m
r
r2
vL = vcf
req =
L
v =
L mr
vcf = GM ( r )
r
L2
GMm 2
v
vL
veq
vcf
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req
r
10
Formazione del disco
n
n
Energia emessa dal disco
In equilibrio, il gas più interno ha ω maggiore e Τ
minore, quindi può urtarsi con quello appena più esterno
producendo una forza di taglio e scambiare energia
ω=
n
n
n
GM
3
r2
3
Τ=
2π r 2
GM
Aumenta v nelle regioni esterne e diminuisce nelle
interne.
Il gas più esterno passa ad un’orbita più alta
Il gas più interno rallentato, passa a un’orbita più bassa
(perde E potenziale e riacquista E cinetica - v orbitale)
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Formazione del disco
n
Energia emessa dal disco
n
Lentamente il gas precipita verso il centro, mentre
si trasferisce momento angolare L verso l’esterno
n
Attraverso gli urti si ha riscaldamento del gas
seguito da emissione di enormi quantità di
radiazione visibile, UV e X
• Per la relatività generale, E emessa da un disco di
accrescimento attorno a un buco nero è dell’ordine
del 10% della massa a riposo di tutta la materia e 10
volte tutta la E nucleare per reazioni
n
In questo modo si “vedono” i buchi neri (non è la
radiazione di Hawking)
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Le galassie
n
Galassie
• Le stelle ad occhio nudo sono
tutte della Via Lattea.
• Con telescopio si vedono altre
galassie: a spirale (come la
nostra), a ellissoide, …
• Periodo di rotazione della Via
Lattea: 200 My
n
Massa delle galassie
• Stella di massa m a distanza r
dal centro:
mv 2
M (r )m
=G
r
r2
• MVia Lattea = 10 10 M¤
n
coincide col dato del conteggio
delle stelle
13
Le galassie: classificazione
14
Diagramma a diapason per la
classificazione delle galassie, proposto
da Hubble negli anni Trenta
Le galassie: classificazione
15
Le galassie
16
Le galassie
n
Galassie ellittiche
• Galassie sferiche con
stelle distribuite in
modo omogeneo
• Colore rosso, tipico
delle stelle vecchie e
fredde
n
A destra una delle più
note galassie
ellittiche, M87, ripresa
con il telescopio anglo
australiano da 3.9 m
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Le galassie
n
Galassie a spirale
• Spirali normali
• Spirali sbarrate
• Hanno centro molto denso da cui
partono bracci a spirale
• Contengono stelle di età diverse: le
più vecchie vicino al centro, le più
giovani nei bracci, dove si trovano
nubi molecolari, zone di formazione
di nuove stelle
n
Galassie irregolari
• Forma non definita
• Più piccole delle ellittiche e delle
spirali
n
Es.: Piccola e Grande Nube di
Magellano
n
Altre forme
n
Galassie ad anello
•
Incontro tra una galassia ellittica
e una a spirale
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Le galassie
n
Galassie interagenti
• Molto vicine da risentire della mutua
attrazione gravitazionale
• Galassie ad anello
• Galassie circondate da strutture
filamentose (ponti o code): fusione o
collisione tra galassie?
• Galassie ellittiche: fusione di galassie a
spirale?
n
Nuclei galattici attivi (AGN)
• Produzione energetica accompagnata
da variabilità dell’intensità luminosa e
manifestazioni di tipo esplosivo come
getti e filamenti che escono dal nucleo
A fianco, struttura di un nucleo galattico attivo: in alto
posizione del buco nero centrale, disco di
accrescimento, nubi e getti
19
n
Le galassie
n
Galassie di Seyfert
• Galassie a spirale
• Attività esplosiva nei nuclei
con stelle giovani e calde
• Alcune emettono raggi X, la
maggior parte è
radiotrasmettente
Quasar
• Sia radioemittenti che non radioemittenti
(privi della corona di particelle)
• Molto piccoli e lontani (da 1.4 a più di 10
miliardi di ly)
• Red shift = 1 - 5.5
red shift
z=
c+v
−1
c−v
• Red shift cosmologico
• Si trovano al centro di galassie ellittiche, a
spirale e in collisione
• Alcuni stanno subendo processi di
interazione e collisione che portano alla
formazione di buchi neri
• Spettro con eccesso di emissioni
nell’ultravioletto e nell’ infrarosso (anche
radiazioni di sincrotrone)
• Oggetti primitivi dell’Universo da cui si
originano le galassie ?
20
Le galassie
n
Origine ed evoluzione
• In un Universo caldo e denso la forma
delle galassie ha avuto origine da
fluttuazioni o perturbazioni di densità
nel gas in espansione
• Per motivi ancora non chiari, la
distribuzione omogenea di gas si è
“rotta” in grandi concentrazioni di
materia gassosa che ha iniziato a
contrarsi
• Ammasso in contrazione genera una
protogalassia
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Le galassie
n
Origine ed evoluzione
• Galassie ellittiche: processi di collisione che portano la struttura a collassare,
aumentano gli urti, si ha la frammentazione delle nubi, per ciascun frammento si
formano stelle
• Galassie spirali:
n
n
n
n
n
n
Se la densità di nubi nella struttura iniziale della protogalassia è elevata la maggior
parte di urti porta a una perdita di energia e caduta di massa verso il centro
Aumento di velocità
Schiacciamento di strutture
Disco di materia
Formazione di stelle
Non chiaro il meccanismo per la formazione dei bracci
• Incertezza sull’epoca di formazione delle ellittiche
• Le spirali si formano in tutta la storia dell’Universo
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Ammassi di galassie
n
Il gruppo locale
• Trenta galassie,
molte sono
satelliti delle due
galassie principali,
la nostra è la M31
(Nubi di
Magellano)
• Solo il 25% delle
galassie è isolato,
tutte le altre si
trovano in
ammassi
• Ammassi sferici
(Fornace I)
• Ammassi irregolari
• Ammassi di forma
intermedia
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