Salve ragazze e ragazzi!

Transcript

1 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? 1

2 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. 2

3 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. 3

4 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. 4

5 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. 5

6 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 Qualche decina Qualche milione di anni luce Ammasso Qualche centinaio Qualche decina di milioni di anni luce Superammasso Qualche migliaio Qualche centinaio di milioni di anni luce 6

7 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. 7

8 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! 8

9 Ricorda che se vuoi avere altre informazioni, vedere più immagini o anche rivolgere una domanda direttamente ad un astronomo puoi recarti sul sito Web Entra nel sito e clicca sul tuo Osservatorio, quello di Monte Azzurro. 9