Salve ragazze e ragazzi!
Abbiamo visto quante informazioni diverse si possono
ottenere confrontando immagini della Galassia riprese
con rivelatori sensibili ai diversi tipi di radiazione (radio,
raggi X, infrarosso, ultravioletto eccetera).
Ogni tipo di radiazione ci dà indicazioni su una o più
componenti della Galassia: il gas, la polvere, le stelle
più calde o quelle più fredde. In ognuno di questi
corpi celesti si svolgono fenomeni fisici diversi, che
emettono radiazioni diverse, per questo osservando le
galassie in questo o quell’intervallo di radiazione
abbiamo informazioni sui fenomeni che avvengono
nelle varie componenti della Galassia.
La Via Lattea, la nostra Galassia, è soltanto una dei miliardi e miliardi di galassie
che popolano l’Universo. Per studiarle si analizza la radiazione che emettono.
Grazie a essa possiamo determinarne non solo il tipo, ma anche la distanza, la
grandezza, il tipo di stelle che contengono e anche intuire i fenomeni fisici che
avvengono al loro interno.
Nelle galassie il fenomeno fisico più comune, alla base dell’emissione di
radiazione, è la fusione nucleare che avviene nelle parti centrali delle stelle.
L’energia prodotta nella fusione viene emessa dalla stella sotto forma di
radiazione di vari tipi, fra cui la luce visibile e la radiazione ultravioletta. Quali altri
fenomeni fisici producono il resto della radiazione che proviene dalle galassie?
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Le nubi di polvere assorbono la luce stellare ed emettono radiazione infrarossa
La radiazione emessa dalle stelle può trasformarsi in seguito alla interazione con i
piccolissimi granelli di polvere o il gas contenuti in vaste zone della Galassia. Ad
esempio quando la radiazione incontra la polvere contenuta nelle nubi di gas tra
una stella e l’altra, riscalda la polvere stessa che la riemette sotto forma di
radiazione di tipo diverso, cioè come radiazione infrarossa. Il gas stesso delle nubi,
invece, colpito dalla radiazione delle stelle, riemette a sua volta questa energia
sotto forma di onde radio o microonde.
In sostanza quindi sono le stelle ad emettere la maggior parte della radiazione
visibile e ultravioletta. Quando questa incontra, nel suo cammino, polvere o gas
viene assorbita e riemessa come radiazione di tipo diverso.
Ma ci sono anche fenomeni meno tranquilli. Per esempio nelle stelle più massicce,
al termine della loro evoluzione, si innescano delle reazioni nucleari molto rapide e
violente, tanto da diventare esplosive. Queste reazioni producono
improvvisamente enormi quantità di energia, che fanno perdere alla stella il suo
equilibrio e ne distruggono completamente gli strati più esterni in una gigantesca
esplosione, detta supernova.
Durante l’esplosione la supernova emette, in pochi attimi, una quantità di
radiazione pari a miliardi di volte quella del Sole! In questo particolare fenomeno
la radiazione emessa non è soltanto luce visibile, ma in gran parte radiazione X,
ultravioletta e gamma.
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L’esplosione di una supernova provoca l’emissione di enormi quantità di
radiazione
Ma torniamo ora alle galassie, considerate come un unico sistema. Fra i vari tipi di
galassie, che possiamo classificare ad esempio in base alla loro forma, ne esiste
uno particolare. Si tratta di galassie che emettono quantità elevatissime di
radiazione, soprattutto dalla regione centrale, mentre per il resto hanno l’aspetto
di una galassia normale. Per questo motivo sono state chiamate “nuclei galattici
attivi” (AGN in inglese): perché la maggior parte dell’emissione di radiazione
proviene dal loro nucleo centrale.
La radiazione emessa dai nuclei galattici attivi è costituita soprattutto da raggi X e
gamma e da onde radio, a differenza delle normali galassie, che emettono
principalmente luce visibile, radiazione infrarossa e ultravioletta. Non solo: in certi
casi l’intensità della radiazione emessa da queste galassie varia molto
rapidamente con il tempo.
Di che cosa si tratta? Da dove deriva tutta questa luminosità?
Se ben ricordi, la volta scorsa abbiamo detto che al centro della nostra Galassia
c’è un grandissimo buco nero, con una massa almeno cinque milioni di volte
maggiore di quella del Sole. Grazie alla sua fortissima attrazione gravitazionale, il
buco nero trattiene intorno a sé gas e stelle, che gli ruotano attorno molto vicine,
formando una specie di ciambella con il buco nero al centro. Questa ciambella si
chiama “disco di accrescimento” ed è un po’ come il vortice che si crea quando
fai svuotare la vasca da bagno: l’acqua gira intorno allo scarico creando un
mulinello, per poi cadere man mano nello scarico.
Piano piano la materia del disco viene come “risucchiata” dal buco nero a causa
della forte attrazione di quest’ultimo, rilasciando energia sotto forma di radiazione,
specialmente raggi X e raggi gamma.
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La materia che cade su un buco nero produce grandi quantità di radiazione e dei
getti di gas caldissimo che vengono emessi in direzioni opposte
Pare che questo fenomeno non sia limitato solo alla nostra Galassia, ma che sia
comune anche a molte altre. In alcune di esse, anzi, ci sono buchi neri
supermassicci centinaia o migliaia di volte più grandi di quello al centro della Via
Lattea, e molto meno “tranquilli”.
Come avrai capito sono proprio loro: i nuclei galattici attivi. Questi speciali oggetti
inglobano materia a ritmi elevatissimi, emettendo quantità di energia pari a un
migliaio di galassie come la nostra o anche di più.
Questi potentissimi “motori” sono racchiusi in una regione centrale molto piccola
delle galassie che li ospitano, eppure i loro effetti si fanno sentire fino a molto
lontano: l’enorme luminosità dei nuclei galattici attivi è spesso accompagnata
dalla presenza di due giganteschi getti di materia che fuoriescono dalla galassia,
in direzioni opposte. Questi getti sono composti di gas caldissimo, detto plasma,
che viene accelerato dal buco nero gigante e “sparato” fino a distanze molto
maggiori della dimensione stessa della galassia.
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I getti di plasma espulsi dal buco nero emettono onde radio
Come ha potuto formarsi un tale fenomeno e soprattutto perché sembra essere
tanto frequente? Gli scienziati non lo sanno ancora con precisione, ma c’è
sicuramente qualcosa che potrebbe averlo causato: l’interazione tra le galassie.
Scontri e fusione di galassie
La formazione di buchi neri giganti nel centro di molte galassie è stata
probabilmente favorita anche dagli “scontri” tra le galassie.
Le galassie infatti, proprio come le stelle, sono quasi sempre
riunite in gruppi più o meno numerosi, più o meno stretti.
Le galassie del gruppo sono legate l’una all’altra dalla reciproca attrazione
gravitazionale, proprio come le stelle di un ammasso aperto o di un ammasso
globulare sono legate tra loro.
L’attrazione gravitazionale quindi agisce su tutte le scale, dalla più piccola alla
più grande: non regola soltanto la nostra vita qui sulla Terra, ma anche le orbite
dei pianeti, il moto delle stelle, la rotazione delle galassie e le interazioni tra una
galassia e l’altra.
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Per esempio la nostra Via Lattea fa parte di un insieme di poche decine di
galassie, chiamato “Gruppo Locale”. Del Gruppo Locale fanno parte, oltre alla
Galassia, la Piccola e la Grande Nube di Magellano (due piccole galassie
irregolari, visibili nei cieli dell’emisfero Sud terrestre) e la famosa galassia di
Andromeda, una bellissima spirale simile alla nostra.
Il Gruppo Locale ha un diametro di circa 5 milioni di anni luce, 50 volte quello della
Galassia. Andromeda si trova a 2 milioni di anni luce dalla Galassia.
Questa è la galassia di Andromeda, una delle galassie più vicine alla nostra
Ci sono anche gruppi molto più grandi e numerosi, detti ammassi di galassie:
possono contenerne migliaia e hanno diametri di decine di milioni di anni luce.
L’ammasso più vicino a noi è l’“Ammasso della Vergine”, che si trova
nell’omonima costellazione, a circa 50 milioni di anni luce e contiene oltre 2000
galassie. A sua volta l’Ammasso della Vergine è al centro di un ammasso ancora
più grande, il “Superammasso locale”.
I superammassi contano migliaia e migliaia di galassie e hanno dimensioni di
centinaia di milioni di anni luce.
Dunque le galassie si riuniscono tra loro secondo una specie di gerarchia: dai
piccoli gruppi agli enormi superammassi.
Tipo
Numero di membri
Diametro
Gruppo
Ammasso
Superammasso
Qualche decina
Qualche centinaio
Qualche migliaio
Qualche milione di anni luce
Qualche decina di milioni di anni luce
Qualche centinaio di milioni di anni luce
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Alla base di questo c’è, ancora una volta, una nostra vecchia conoscenza:
l’attrazione gravitazionale!
Le galassie in un ammasso si muovono rapidamente, un po' come avviene alle
particelle di gas dentro una scatola, infatti sono accelerate dalla reciproca
attrazione gravitazionale.
Per questo motivo, due o più galassie vicine possono scontrarsi o addirittura
fondersi tra loro: in questo caso si parla di galassie interagenti.
Gli scontri tra galassie non sono rari come gli scontri tra le stelle, anzi sono
relativamente frequenti. Perché? Perché la distanza media tra una galassia e
l’altra, all’interno di un ammasso, è una decina di volte il loro diametro, mentre per
esempio in una galassia come la nostra, la distanza media tra due stelle è milioni
di volte maggiore del loro diametro e quindi uno scontro è molto improbabile.
Per questo stesso motivo non devi pensare ad uno “scontro” vero e proprio. Nelle
galassie le stelle sono molto distanti le una dalle altre. Quindi quando parliamo di
scontro intendiamo un progressivo avvicinamento seguito da una eventuale
fusione. Puoi immaginare due gruppi di persone che si incontrano. In ogni gruppo
ogni persona è distante diecine e diecine di metri da tutte le altre. Quando i due
gruppi si incontreranno molto difficilmente una persona del primo gruppo si
“scontrerà” con una persona del secondo gruppo, proprio per la grande distanza
fra persona e persona in entrambi i gruppi.
L’interazione tra due galassie è un processo
molto lento, che dura centinaia di milioni di
anni. Ha inizio quando esse sono abbastanza
vicine da risentire dell’attrazione
gravitazionale reciproca: a quel punto si
mettono a orbitare l'una attorno all'altra.
L’attrazione gravitazionale che si esercita tra
le due galassie incomincia a deformarle, a
partire dalle loro regioni più esterne.
Per esempio, se una di esse è una galassia
spirale, i bracci incominciano a srotolarsi. È ciò
che è accaduto a queste due galassie spirali
interagenti, che si chiamano “le antenne” per
la forma particolare, che ricorda le antenne
di un insetto. Più che di uno scontro si tratta
quindi di un “incontro” in cui le galassie
possono fondersi fra loro dando luogo ad un’
unica nuova galassia.
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Queste due galassie interagenti, invece, sono dette “i topi” per la lunga scia di
gas e stelle che sono state loro strappate dall’attrazione gravitazionale della
compagna.
Al procedere dell’interazione, il gas e le stelle delle due galassie si fondono tra
loro, dando luogo a un’unica galassia più massiccia. Nel centro della galassia così
formata si accumula tantissimo gas, che dà origine alla formazione di un grosso
numero di stelle. È per questo che spesso queste galassie mostrano una luminosità
particolarmente alta, specie nell’infrarosso: tante stelle giovani riscaldano la
polvere accumulata nel centro della galassia, che a sua volta emette radiazione
infrarossa.
Le più massicce tra queste stelle si evolvono diventando buchi neri. In questa
situazione, con tanto gas e stelle accumulati attorno a loro, i buchi neri riescono
ad assorbire una gran quantità di materia e diventano sempre più grandi,
eventualmente fondendosi tra loro.
È così che, secondo gli scienziati, potrebbero essersi formati i motori centrali dei
nuclei galattici attivi. Il condizionale è d’obbligo, come sempre. La Scienza infatti
cerca spiegazioni in base a quelli che sono i dati in possesso in quel momento e
questa spiegazione del fenomeno “scontri fra galassie” sembra essere il migliore in
base a quel che sappiamo dalle osservazioni di tanti diversi casi in cielo.
Nella parte centrale di un ammasso, dove le galassie sono
più ravvicinate, gli scontri sono avvenuti molto
frequentemente in passato. La fusione successiva di più
galassie ha formato al centro di molti ammassi una
galassia ellittica gigante, che si è ingrandita man mano
attraendo prima e poi includendo le compagne più
vicine.
È il caso di M87, la galassia che si trova al centro
dell’Ammasso della Vergine.
Ora prepariamoci per l’ultimo grande salto nell’Universo!
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