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Grazie ad E. Hubble che distinse la Galassia di Andromeda come un oggetto al di fuori della nostra galassia, la Via Lattea, gli astronomi e lo stesso Hubble iniziarono a catalogarle a seconda della loro forma, a spirale, ellittiche, irregolari e questo era anche un importante tassello per capire la storia delle galassie stesse e al contempo dell’Universo.
Difatti la scoperta dei Quasar, nuclei lontanissimi, quindi altrettanto antichi, di galassie attive ha fatto comprendere agli astronomi che la struttura dell’Universo non poteva essere stata sempre la stessa.
Grazie alla radiazione di fondo trovata da Wilson e Penzias ci si è resi conto che prima l’Universo era paragonabile all’immagine che possiamo avere del mare guardandolo dall’alto, senza movimenti e piatto, ma stando su una barca ci si rende conto di quanto il mare sia messo in subbuglio dalle onde. Così anche l’Universo primordiale era attraversato da perturbazioni dovute all’incessante moto delle particelle calde che viaggiavano alla velocità della luce.
La forza di gravità in questo caso ha giocato a favore delle perturbazioni facendo in modo che ogni piccola perturbazione potesse ingrandirsi raccogliendo altra materia in modo anche irregolare e tali disomogeneità sono presenti ancora oggi.
Per spiegare la formazione delle galassie ci sono due teorie messe in discussione dagli astronomi.
La prima è la cosiddetta teoria gerarchica della formazione delle galassie in cui oggetti più piccoli si legano a formare corpi di massa sempre maggiore.
Tutto parte dalla pressione dell’Universo primordiale dovuta alla elevata temperatura. Questa pressione tende ad allontanare le strutture che la forza di gravità tiene insieme e per bloccare questo allontanamento c’è bisogno di una maggiore forza di attrazione che si traduce quindi in masse o dimensioni più grandi della perturbazione per vincere la pressione interna. Le strutture che per prime si formarono furono quella con una massa intorno al milione di volte quella del Sole e quindi i primi ammassi stellari. Le strutture di massa minore sono disgregate dalla pressione interna, quelle di massa maggiore sono, invece, più lente ad aggregarsi in un volume minore per far agire la forza di gravità. Infatti la galassie si formano per aggregati di strutture più piccole quali gli ammassi stellari.
Le galassie stesse poi tendono a raggrupparsi tra loro a decine o centinaia nei superammassi di galassie in cui ammassi e galassie singole sono legate tra loro dalla forza di gravità e si estendono per anni luce.
Secondo altri, invece, la formazione delle galassie sarebbe avvenuta “al contrario”, ovvero da strutture enormi si sarebbero ottenute le galassie e l’Universo come lo vediamo oggi. Alcuni credevano infatti che la teoria dell’evoluzione termica prevedesse prima la formazione dei superammassi, ma con una struttura piatta, e non sferica, dovuta alle forze di gravità e di espansione causata dal Big Bang. Questo foglio opaco era poi costretto a contrarsi e a ridursi i filamenti lunghi migliaia di anni luce che, sempre per l’espansione, iniziò a frammentarsi, dando vita agli ammassi di galassie dalla cui nube emersero le galassie che si arricchivano col passare dei millenni di stelle luminose.
Con le osservazioni degli anni ’80, l’astronomo Dressler intuì che esisteva un legame tra la forma della galassia e lo spazio occupato da quest’ultima nell’Universo, la cosiddetta relazione morfologia-densità. Scoprì quindi che c’erano più galassie ellittiche negli ammassi mentre la galassie singole erano irregolari o a spirale.
Alcune osservazioni furono a favore della teoria della formazione “al contrario”, come la presenza di filamenti che collegavano materialmente le galassie e la stessa relazione morfologia-densità.
Grazie al telescopio Hubble si è capito che i realtà non è così in quanto si è riuscito a osservare galassie ellittiche a una distanza tale che corrisponde a circa 2 miliardi di anni dopo il Big Bang. Considerando che la luce impiega almeno un miliardo di anni per poter essere osservata, allora queste galassie dovrebbero essersi formate un miliardo di anni dopo il Big Bang e questo non e possibile. Questo fa sì che la teoria della frammentazione possa essere scartata.
Altre teorie molto interessanti ma altrettanto secondarie in quanto prive di prove che ne dimostrerebbero la validità, prevedono un Universo piatto poggiato su un guscio di una tartaruga, che poggia su un’altra tartaruga che a sua volta poggia su una tartaruga, così all’infinito: l’Universo poggiato su un’infinita colonna di tartarughe!!!
Ma per quello che ne sappiamo, dato che i nostri strumenti raggiungono “limitate” distanze, oltre ci potrebbe essere qualsiasi cosa e perché no? Anche una colonna di tartarughe!!!
Le galassie sono classificate anche per l’età delle stelle che le compongono, infatti gli astronomi riconoscono anche le diverse popolazioni stellari, ovvero classi di stelle che si sono formate nello stesso momento.
Ci sono due classi, le stelle della classe I sono le più giovani e a questa classe appartengono anche quelle che si stanno formando, mentre quelle della classe II sono quelle nate anche circa un miliardo di anni dopo i Big Bang e che ora hanno quindi circa 14 miliardi di anni.
Le stelle appartenenti a queste due classi differiscono tra loro per colore (le più vecchie sono maggiormente rosse) e per composizione chimica.
Da questo è facilmente comprensibile che le stelle di generazione I, devono per forza essersi formate dal materiale che costituiva l’Universo primordiale ma i nuclei di tali stelle esaurivano presto il combustibile e “morendo”, talvolta con potenti esplosioni, rilasciavano i materiali più pesanti come ferro e ossigeno che vanno a formare i corpi più giovani come le nuove stelle e i pianeti.
Questo avviene perché nelle galassie a spirale il gas che si contrae per formare nuove stelle conserva ancora un momento angolare e ciò permette la conservazione del gas stesso, anche fino a miliardi di anni dopo il Big Bang, invece dell’immediato collasso che sarebbe causato dalla forza di gravità.
Le galassie a spirale sono fatte di stelle e di gas disposti in un disco che circonda un rigonfiamento centrale (bulge). Tali rigonfiamenti sono abbastanza simili a quelli che si trovano nelle galassie ellittiche, anche se in quest’ultime le loro dimensioni sono minori. Le galassie ellittiche e il bulge delle galassie a spirale sono stati oggetto, da molti anni, di osservazioni e studi teorici. Per decenni gli astronomi hanno ritenuto che la velocità di rotazione di questi sistemi di stelle abbia determinato la loro forma. Infatti le forme sferiche deriverebbero da piccole velocità di rotazione mentre quelle ellittiche da velocità maggiori. Si deve però aggiungere che ci sono anche altri fattori che determinano la forma delle galassie, ad esempio è possibile osservare galassie che sono letteralmente deformate dall’attrazione gravitazionale di altre galassie più grandi che talvolta possono addirittura arrivare ad “inghiottirle”, un vero e proprio cannibalismo tra galassie, come nel caso delle galassie interagenti M51.
Le galassie ellittiche, come abbiamo detto, sono quelle più vecchie e la loro forma varia da quasi sferica a lenticolari, allungate; mentre per quanto riguarda quelle a spirale ce ne sono alcune in cui le braccia partono direttamente dal nucleo centrale e lo “avvolgono” e sono dette ordinarie mentre in altre si osservano dei veri e propri ponti di stelle a cavallo del nucleo che collegano le braccia. Circa il 25% delle galassie, invece, non ha una forma definita poiché la loro massa è troppo piccola per poter sviluppare delle spirali e sono sempre accompagnate, o meglio accompagnano, galassie di massa maggiore, come le due Nubi di Magellano, galassie irregolari satelliti della nostra Via Lattea visibili dall’emisfero australe.
La differenza tra le galassie è che quelle ellittiche sono formate da stelle della generazione I e i loro nuclei appaiono più rossicci mentre i nuclei delle galassie a spirale sono bluastri, prova di stelle giovani o ancora in formazione.
M 101
Schema "diapason" delle forme galattiche