dopo Aver stabilito l’esistenza di altre galassie, il telescopio spaziale Hubble e altri cominciarono ad osservare più attentamente, notando le loro forme, i loro contenuti, e come molte altre proprietà, come si potrebbe misurare., Questo è stato un compito arduo nel 1920 quando ottenere una singola fotografia o spettro di una galassia potrebbe prendere una notte intera di osservazione instancabile. Oggi, telescopi più grandi e rivelatori elettronici hanno reso questo compito meno difficile, anche se osservare le galassie più lontane (quelle che ci mostrano l’universo nelle sue prime fasi) richiede ancora uno sforzo enorme.

Il primo passo per cercare di capire un nuovo tipo di oggetto è spesso semplicemente descriverlo. Ricorda, il primo passo nella comprensione degli spettri stellari era semplicemente ordinarli in base all’aspetto (vedi Analizzare la luce stellare)., A quanto pare, le galassie più grandi e luminose hanno una delle due forme di base: o sono più piatte e hanno braccia a spirale, come la nostra galassia, o sembrano essere ellittiche (dirigibile o a forma di sigaro). Molte galassie più piccole, al contrario, hanno una forma irregolare.

Galassie a spirale

La nostra galassia e la galassia di Andromeda sono tipiche galassie a spirale di grandi dimensioni. Sono costituiti da un rigonfiamento centrale, un alone, un disco e bracci a spirale. Il materiale interstellare è solitamente diffuso in tutti i dischi delle galassie a spirale., Nebulose a emissione luminosa e stelle giovani e calde sono presenti, specialmente nei bracci a spirale, mostrando che la nuova formazione stellare è ancora in corso. I dischi sono spesso polverosi, il che è particolarmente evidente in quei sistemi che vediamo quasi sul bordo (Figura).

Figura 1: Galassie a spirale. (a) I bracci a spirale di M100, mostrati qui, sono più blu del resto della galassia, indicando stelle giovani ad alta massa e regioni di formazione stellare., (b) Vediamo questa galassia a spirale, NGC 4565, quasi esattamente sul bordo, e da questa angolazione, possiamo vedere la polvere nel piano della galassia; appare scura perché assorbe la luce dalle stelle nella galassia. (credito a: modifica del lavoro da Hubble Legacy Archive, NASA, ESA, e Judy Schmidt; credito b: modifica del lavoro da “Jschulman555″/ Wikimedia)

Nelle galassie che vediamo faccia su, le stelle luminose e nebulose a emissione fanno le braccia di spirali spiccano come quelli di una girandola il quarto di luglio., Gli ammassi stellari aperti possono essere visti tra le braccia di spirali più vicine, e gli ammassi globulari sono spesso visibili nei loro aloni. Le galassie a spirale contengono una miscela di stelle giovani e vecchie, proprio come fa la Via Lattea. Tutte le spirali ruotano, e la direzione della loro rotazione è tale che le braccia sembrano sentiero molto simile alla scia di una barca.

Circa due terzi delle galassie a spirale vicine hanno barre di stelle squadrate o a forma di nocciolina che attraversano i loro centri (Figura 2). Mostrando grande originalità, gli astronomi chiamano queste galassie spirali sbarrate.,

Figura 2: Galassia a spirale barrata. NGC 1300, mostrato qui, è una galassia a spirale barrata. Si noti che i bracci a spirale iniziano alle estremità della barra. (credit: NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Come abbiamo notato nel capitolo della Via Lattea, anche la nostra galassia ha una barra modesta. I bracci a spirale di solito iniziano dalle estremità della barra. Il fatto che le barre siano così comuni suggerisce che siano longeve; può darsi che la maggior parte delle galassie a spirale formi una barra ad un certo punto durante la loro evoluzione.,

Nelle galassie a spirale barrate e non barrate, osserviamo una gamma di forme diverse. Ad un estremo, il rigonfiamento centrale è grande e luminoso, le braccia sono deboli e strettamente arrotolate, e le nebulose a emissione luminosa e le stelle supergiganti sono poco appariscenti. Hubble, che ha sviluppato un sistema di classificazione delle galassie per forma, ha dato a queste galassie la designazione Sa. Le galassie a questo estremo possono non avere una chiara struttura del braccio a spirale, risultando in un aspetto simile a una lente (a volte vengono chiamate galassie lenticolari)., Queste galassie sembrano condividere tante proprietà con le galassie ellittiche come fanno con le galassie a spirale

All’altro estremo, il rigonfiamento centrale è piccolo e le braccia sono vagamente avvolte. In queste galassie Sc, le stelle luminose e le nebulose a emissione sono molto prominenti. La nostra Galassia e la galassia di Andromeda sono entrambe intermedie tra i due estremi. Le fotografie delle galassie a spirale, che illustrano i diversi tipi, sono mostrate in Figura 3, insieme alle galassie ellittiche per il confronto.

Figura 3: Classificazione Hubble delle galassie., Questa figura mostra la classificazione originale delle galassie di Edwin Hubble. Le galassie ellittiche sono a sinistra. Sulla destra, è possibile vedere le forme a spirale di base illustrate, accanto a immagini di spirali reali sbarrate e non. (credit: modification of work by NASA, ESA)

Le parti luminose delle galassie a spirale sembrano variare in diametro da circa 20.000 a più di 100.000 anni luce. Studi recenti hanno scoperto che c’è probabilmente una grande quantità di materiale galattico che si estende ben oltre il bordo apparente delle galassie., Questo materiale sembra essere sottile, gas freddo che è difficile da rilevare nella maggior parte delle osservazioni.

Dai dati osservativi disponibili, si stima che le masse delle porzioni visibili delle galassie a spirale vadano da 1 miliardo a 1 trilione di Soli (da 109 a 1012MSun). La luminosità totale della maggior parte delle spirali è compresa tra 100 milioni e 100 miliardi di volte la luminosità del nostro Sole (da 108 a 1011 Lsun). La nostra Galassia e M31 sono relativamente grandi e massicce, come le spirali., C’è anche una notevole materia oscura dentro e intorno alle galassie, proprio come c’è nella Via Lattea; deduciamo la sua presenza da quanto velocemente le stelle nelle parti esterne della Galassia si muovono nelle loro orbite.

Galassie ellittiche

Le galassie ellittiche consistono quasi interamente di vecchie stelle e hanno forme che sono sfere o ellissoidi (sfere un po ‘ schiacciate) (Figura 4). Non contengono tracce di bracci a spirale. La loro luce è dominata da stelle rossastre più vecchie (le stelle di popolazione II discusse nella Galassia della Via Lattea)., Nelle ellittiche vicine più grandi, molti ammassi globulari possono essere identificati. La polvere e le nebulose a emissione non sono visibili nelle galassie ellittiche, ma molte contengono una piccola quantità di materia interstellare.

Figura 4: Galassie ellittiche. (a) ESO 325-G004 è una galassia ellittica gigante. Altre galassie ellittiche possono essere viste intorno ai bordi di questa immagine. (b) Questa galassia ellittica ha probabilmente avuto origine dalla collisione di due galassie a spirale., (credito a: modifica del lavoro di NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA); credito b: modifica del lavoro di ESA/Hubble, NASA)

Le galassie ellittiche mostrano vari gradi di appiattimento, che vanno dai sistemi che sono approssimativamente sferici a quelli che si avvicinano alla planarità delle spirali. Le rare ellittiche giganti (ad esempio, ESO 325-G004 in Figura 4) raggiungono luminosità di 1011LSun. La massa in un ellittico gigante può essere grande come 1013MSun., I diametri di queste grandi galassie si estendono per diverse centinaia di migliaia di anni luce e sono considerevolmente più grandi delle spirali più grandi. Sebbene le singole stelle orbitino al centro di una galassia ellittica, le orbite non sono tutte nella stessa direzione, come avviene nelle spirali. Pertanto, le ellittiche non sembrano ruotare in modo sistematico, rendendo difficile stimare quanta materia oscura contengono.

Troviamo che le galassie ellittiche vanno dai giganti, appena descritti, alle nane, che potrebbero essere il tipo più comune di galassia., Le ellittiche nane (a volte chiamate sferoidali nane) sono sfuggite al nostro avviso per molto tempo perché sono molto deboli e difficili da vedere. Un esempio di una nana ellittica è la galassia sferoidale nana Leo I mostrata in Figura 5. La luminosità di questa tipica nana è circa uguale a quella degli ammassi globulari più brillanti.

Intermedi tra le galassie ellittiche giganti e nane sono sistemi come M32 e M110, i due compagni della galassia di Andromeda. Mentre sono spesso indicati come ellittiche nane, queste galassie sono significativamente più grandi di galassie come Leo I.,

Figura 5: Galassia ellittica nana. M32, una galassia ellittica nana e uno dei compagni della galassia gigante di Andromeda M31. M32 è una nana per gli standard galattici, in quanto ha solo 2400 anni luce di diametro. (credit: NOAO/AURA/NSF)

Galassie irregolari

Hubble ha classificato galassie che non hanno le forme regolari associate alle categorie che abbiamo appena descritto nel catchall bin di una galassia irregolare, e continuiamo a usare il suo termine., In genere, le galassie irregolari hanno masse e luminosità inferiori rispetto alle galassie a spirale. Le galassie irregolari appaiono spesso disorganizzate e molte stanno subendo un’attività di formazione stellare relativamente intensa. Contengono sia stelle giovani di popolazione I che stelle vecchie di popolazione II.

Le due galassie irregolari più note sono la Grande Nube di Magellano e la Piccola Nube di Magellano (Figura 6), che si trovano a una distanza di poco più di 160.000 anni luce e sono tra i nostri vicini extragalattici più vicini., I loro nomi riflettono il fatto che Ferdinand Magellan e il suo equipaggio, facendo il loro viaggio intorno al mondo, furono i primi viaggiatori europei a notarli. Sebbene non siano visibili dagli Stati Uniti e dall’Europa, questi due sistemi sono prominenti dall’emisfero australe, dove sembrano nuvole esili nel cielo notturno. Poiché sono distanti solo un decimo della galassia di Andromeda, rappresentano un’eccellente opportunità per gli astronomi di studiare nebulose, ammassi stellari, stelle variabili e altri oggetti chiave nell’ambientazione di un’altra galassia., Ad esempio, la Grande Nube di Magellano contiene il complesso 30 Doradus (noto anche come Nebulosa Tarantola), uno dei gruppi più grandi e luminosi di stelle supergiganti conosciuti in qualsiasi galassia.

Figura 6: un telescopio di 4 metri dell’Osservatorio interamericano di Cerro Tololo si staglia contro il cielo australe. La Via Lattea è vista a destra della cupola e le Grandi e piccole Nubi di Magellano sono viste a sinistra., (credit: Roger Smith/NOAO / AURA / NSF)

La Piccola Nube di Magellano è considerevolmente meno massiccia della Grande Nube di Magellano, ed è sei volte più lunga di quanto sia ampia. Questo filo stretto di materiale punta direttamente verso la nostra Galassia come una freccia. La Piccola Nube di Magellano è stata probabilmente contorta nella sua forma attuale attraverso interazioni gravitazionali con la Via Lattea., Una grande scia di detriti da questa interazione tra la Via Lattea e la Piccola Nube di Magellano è stata disseminata nel cielo ed è vista come una serie di nubi di gas che si muovono ad una velocità anormalmente elevata, nota come Flusso di Magellano. Vedremo che questo tipo di interazione tra galassie aiuterà a spiegare le forme irregolari di questa intera categoria di piccole galassie,

Galaxy Evolution

Incoraggiati dal successo del diagramma H-R per le stelle (vedi Analizzare la luce delle stelle), gli astronomi che studiavano le galassie speravano di trovare una sorta di schema comparabile, in cui le differenze nell’aspetto potessero essere legate a diversi stadi evolutivi nella vita delle galassie. Non sarebbe bello se ogni galassia ellittica si evolvesse in una spirale, per esempio, proprio come ogni stella di sequenza principale si evolve in una gigante rossa? Diverse idee semplici di questo tipo sono state provate, alcune da Hubble stesso, ma nessuna ha resistito alla prova del tempo (e dell’osservazione).,

Poiché non è stato possibile trovare uno schema semplice per l’evoluzione di un tipo di galassia in un altro, gli astronomi tendevano quindi al punto di vista opposto. Per un po’, la maggior parte degli astronomi pensò che tutte le galassie si formassero molto presto nella storia dell’universo e che le differenze tra loro avessero a che fare con il tasso di formazione stellare. Le ellittiche erano quelle galassie in cui tutta la materia interstellare veniva convertita rapidamente in stelle. Le spirali erano galassie in cui la formazione stellare avveniva lentamente per l’intera vita della galassia. Anche questa idea si è rivelata troppo semplice.,

Oggi, comprendiamo che almeno alcune galassie hanno cambiato tipo nel corso dei miliardi di anni dall’inizio dell’universo. Come vedremo nei capitoli successivi, le collisioni e le fusioni tra galassie possono cambiare drasticamente le galassie a spirale in galassie ellittiche. Anche le spirali isolate (senza galassie vicine in vista) possono cambiare il loro aspetto nel tempo. Man mano che consumano il loro gas, il tasso di formazione stellare rallenterà e le braccia a spirale diventeranno gradualmente meno evidenti., Per lunghi periodi, le spirali iniziano quindi a sembrare più simili alle galassie al centro della Figura 3 (che gli astronomi chiamano tipi S0).

Negli ultimi decenni, lo studio di come le galassie si evolvono nel corso della vita dell’universo è diventato uno dei campi più attivi della ricerca astronomica. Discuteremo l’evoluzione delle galassie in modo più dettagliato nell’Evoluzione e nella distribuzione delle galassie, ma vediamo prima un po ‘ più in dettaglio come sono le diverse galassie.,

Glossario

galassia ellittica: una galassia la cui forma è un’ellisse e che non contiene cospicuo materiale interstellare

galassia irregolare: una galassia senza una chiara simmetria o il motivo, né una spirale né una galassia ellittica

galassia a spirale: appiattita, la rotazione di una galassia girandola-come braccia di materiale interstellare e le stelle giovani, avvolgimento fuori dal suo rigonfiamento centrale