Le Galassie
Lezione 2
I Primi Cataloghi di Galassie
Grazie all’utilizzo del cannocchiale inventato da Galileo, nel XVIII secolo è
ormai ben nota l’esistenza delle nebulose (nebulae).
Oggetto di discussione diventano ben presto le nebulose a “spirale”.
Attorno al 1750 Thomas Wright e Immanuel Kant sono i primi a speculare
che le nebulose a spirale siano sistemi di stelle come la Via Lattea, collocati
a grande distanza da essa (island-universe hypothesis).
Charles Messier nel periodo 1758-1782
compila il suo catalogo di ~100 oggetti
nebulari.
Il Catalogo di Messier contiene nebulose
galattiche (es. nebulosa del Granchio
M1, nebulosa di Orione) e galassie
esterne (es. galassia di Andromeda,
M31).
Anche William, Carolin e John Herschel
nel periodo 1786-1864 pubblicano a più
riprese cataloghi con migliaia di oggetti
nebulari.
Oggetti nel Catalogo di Messier
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I Primi Cataloghi di Galassie
John Dreyer nel 1888 pubblica il “New
General Catalogue of Nebulae and Clusters
of Stars”.
Contiene nebulose galattiche, ammassi di
stelle e galassie. Gli oggetti vanno da NGC
1 a NGC 7840 (es. galassia M87 è NGC
4486, M31 è NGC 224, ecc.)
Nel periodo 1895 - 1908
pubblica due edizioni
del “Index Catalogue of
Nebulae”. Oggetti IC 1
fino a IC 5836.
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The Great Astronomy Debate
Nel 1918 Harlow Shapley propone il suo modello della Via Lattea: le sue
dimensioni sono ritenute così grandi che non possono che racchiudere
tutto l’universo.
Le nebulose a spirale devono essere strutture interne alla nostra Galassia
ma altri astronomi guidati da Heber Curtis non sono d’accordo.
Nel 1920 viene svolto un dibattito davanti all’Accademia Nazionale delle
Scienze a Washington, “the great astronomy debate”.
Quali sono le distanze delle spirali?
Le spirali sono composte di gas o
stelle?
Perché le spirali “evitano” il piano della
Via Lattea?
Gran parte degli argomenti addotti a
sostegno dell’ipotesi di Shapley erano
sofisticati ma sbagliati perché non
consideravano bene errori osservativi
H. Shapley
H. Curtis
e/o l’estinzione da polvere.
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The Great Astronomy Debate
La controversia fu risolta nel 1923 da Edwin Hubble che identificò una
variabile Cefeide in M31 (Andromeda) e ne stimò la distanza con la
relazione Periodo-Luminosità ottenendo D=285 kpc.
Troppo distante per essere nella nostra Galassia anche con le dimensioni
esagerate di Shapley!
Il valore moderno è ~ 770 kpc = 2.5×106 lyr
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Un Universo di Galassie
Porzioni di cielo in apparenza
vuote contengono in realtà
migliaia di galassie molto deboli
e molto distanti.
L’immagine rappresenta
l’”Hubble Deep Field” che è un
campo di 3×3 arcmin2 su cui gli
strumenti di HST hanno
“integrato” per 11.3 giorni in
totale!
Si riconoscono galassie di vari
tipi morfologici.
Ellittiche
Spirali
Irregolari
(alcune interagenti)
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Galassie a Spirale
Sono caratterizzate da:
sferoidi (bulge) nucleari relativamente
piccoli con stelle di popolazione II e
stelle vecchie di popolazione I;
dischi con braccia a spirale ricche di
gas e polvere, con formazione stellare in
corso e stelle giovani di popolazione I.
barra
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Spirali barrate:
sono i ~2/3 di tutte le spirali;
hanno sferoidi nucleari con una
struttura allungata a “barra” dai cui
estremi si dipartono le braccia a spirale.
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Galassie Ellittiche
Le galassie ellittiche:
sono costituite principalmente da uno
sferoide;
sono prive di dischi, hanno poco gas e
polvere e nessuna formazione stellare in
corso;
le stelle sono in gran parte di popolazione II.
Ellittica M59: E5
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Ellittica gigante
M87: E1
La forma delle isofote delle galassie
ellittiche sul piano del cielo varia da
perfettamente circolare a fortemente
ellittica.
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Galassie Irregolari e Peculiari
Irregolari:
la Grande Nube di Magellano
Le galassie Irregolari non hanno
un bulge riconoscibile o delle
braccia a spirale.
Sono un mix caotico di gas,
polvere e stelle (popolazione I).
Spesso sono galassie “satelliti”
(→ Grandi Nubi di Magellano).
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Peculiari:
la galassia "Antenna"
Spesso sono in interazione con
dei compagni ed hanno una
grossa formazione stellare
(→ galassia “Antenna”).
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La classificazione di Hubble
Moti “caotici”
Rotazione
Diagramma a “Forchetta”
di Hubble
Spirali Normali
Non è sequenza evolutiva!
Ellittiche
o
Irregolari
Galassie
Lenticolari
Le S0/SB0 sono intermedie,
con sferoide e disco ma
nessuna struttura a spirale.
Sferica
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Ellittica
schiacciata
Spirali Barrate
Bulge grande, braccia
a spirale molto avvolte
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Bulge piccolo, braccia
a spirale poco avvolte
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Tipi di Galassie
Ellittiche: E
distribuzione di luce regolare di forma ellissoidale
Lenticolari: S0
sferoide centrale (bulge; simile a galassia ellittica) e disco senza braccia a
spirale
Lenticolari Barrate: S0B
sferoide centrale, barra e disco senza braccia a spirale o presenza di
polvere evidente (dust lanes).
Spirali Normali: S o SA
sferoide centrale e disco con braccia a spirale
Spirali Barrate: SB
sferoide centrale, barra e disco con braccia a spirale
Irregolari: Irr
nessuna struttura regolare riconoscibile
Ellittiche e Lenticolari costituiscono le galassie “Early Types” in contrasto
con le spirali (Late types).
La sequenza delle spirali è stata estesa da de Vaucouleurs ai tipi Sd-Sm.
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Le Galassie Ellittiche
M89 (NGC 4552): E0
M49 (NGC 4472): E4
M5 (NGC 4621): E5
Il numero che caratterizza un’ellittica è N = int[10 (1-b/a)].
Non esistono ellittiche con N > 7 (ovvero non esistono E8, E9 ecc.).
Questo schema non tiene conto della forma vera dell’ellittica che è un
ellissoide tridimensionale (in genere oblato o triassiale):
Sfera: a=b=c
c
Sferoide oblato a=b>c
b
Sferoide prolato a=b < c
a
Sferoide triassiale a>b>c
Oblato: a = b > c
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Prolato: a = b < c
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Le Galassie a Spirale
NGC 7217: Sab
NGC 3115: S0
NGC 1068: Sb
Bulge/Disco: grande
“Avvolgimento” della spirale: grande
“Definizione” della spirale: poca
M99: Sc
piccolo
piccolo
molta
NGC 936: SB0
S0/SB0: nessun
braccio a spirale.
NGC 4650: SBa
NGC1073: SBc
M91: SBb
Le Galassie Irregolari
Large Magellanic Cloud
Small Magellanic Cloud
IC 5252
NGC 1313
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Ellittiche, Spirali e Irregolari
Galassie Ellittiche:
Galassie a Spirale:
MB da -8 a più di -23;
MB da -16 a meno di -23;
masse da 107 a 1013 M☉;
9 a 1012 M ;
masse
da
10
☉
diametri da alcuni ~0.1 kpc ad alcuni
diametri dei dischi da 5 a 100 kpc;
~100 kpc.
Lbul/Ldisk ~0.3 (Sa) → ~0.05 (Sc).
Oltre alle ellittiche normali esistono:
galassie centrali di ammassi (cD): fino a
d~1 Mpc, MB~-25 e M~1014 M☉;
ellittiche nane (dE): deboli e diffuse, non
sono “solo” piccole, hanno proprietà
strutturali distinte;
dwarf Spheroidals (dSph): minimo in MB,
solo satelliti della Milky Way (difficili da
Irregolari:
vedere);
MB da -13 a -20;
Blue Compact Dwarfs (BCD’s): piccole,
8 a 1010 M ;
masse
da
10
☉
molto blu (stelle giovani e basse
diametri da 1 a 10 kpc.
metallicità).
dE e dSph, non hanno rotazione ordinata.
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Ellittiche, Spirali e Irregolari
Classificazione di
Hubble “rivista”.
Localmente, per galassie
mediamente brillanti:
~ 70% spirali
~ 30% ellittiche/S0
< 3% irregolari.
3%
29%
68%
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E’ veramente utile?
Esistono dei problemi con la classificazione morfologica:
è soggettiva ed è basata su materiale fotografico molto sensibile alla
luce blue (p.e. nell’infrarosso le braccia a spirale sono molto meno
importanti).
Si usa lo stesso perché è utile ed è correlata alle proprietà fisiche delle
galassie che variano lungo la sequenza di Hubble:
il colore integrato delle galassie passa dal rosso (early types) al blu (late
types);
le orbite delle stelle passano da prevalentemente caotiche (early types) a
ordinate in dischi ruotanti (late types);
il mezzo interstellare passa dall’essere gas caldo che emette raggi-X
(early types), a gas freddo che emette HI (late types);
il tasso di formazione stellare in corso va da ~0 (early types)
ad alcune M☉/yr (late types);
l’abbondanza degli elementi pesanti va da >Z☉ (early types)
a << Z☉ (late types).
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