Credits: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA
in foto: Credits: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA

Le innumerevoli stelle che popolano il nostro universo non sono distribuite uniformemente nel cosmo. Proprio come gli esseri umani sono concentrati prevalentemente nelle grandi città, quasi tutte le stelle si trovano confinate in vaste e popolose metropoli stellari: le galassie!
Le galassie sono un po’ i “mattoncini” di cui è fatto il cosmo su larga scala e per questo sono estremamente utili per comprendere l'universo. Andiamo a scoprirle insieme.

Cosa sono le galassie

Le galassie sono grandi agglomerati di stelle. Una galassia di medie dimensioni, come la nostra Via Lattea, conta centinaia di miliardi di stelle e si estende per circa 100.000 anni luce. Oltre alle stelle, le galassie sono formate da gas (sia neutro che ionizzato), polveri, un buco nero supermassiccio centrale e sono circondate da un vasto alone sferico di materia oscura.

via lattea dolomiti
in foto: La Via Lattea risplende nel cielo sopra le Dolomiti. La scia luminosa della Via Lattea non è altro che il disco della nostra galassia osservato di taglio.

Le galassie si muovono nello spazio con velocità di svariate centinaia di chilometri al secondo e hanno una distanza media tra loro di circa un milione di anni luce.
Lo spazio che separa le galassie non è del tutto vuoto, ma permeato di plasma a bassissima densità (appena poche particelle per metro cubo!) che prende il nome di mezzo intergalattico e si osserva grazie alla sua emissione di raggi X.
Al suo interno, oltre a idrogeno ed elio, ci sono anche atomi più pesanti, che sono prodotti dalle stelle. Gli astronomi ritengono quindi che il mezzo intergalattico sia stato arricchito dall’attività delle galassie: esplosioni di supernova, getti emessi da buchi neri supermassicci e così via.

Quante sono

Il fatto che l’universo sia fatto di tante galassie oggi è talmente scontato che anche i bambini ne sono a conoscenza. In realtà è una nozione che possediamo da appena un secolo!
Il primo a dimostrare che la nostra non è l’unica galassia nell’universo fu l’astronomo americano Edwin Hubble nel 1923. Mentre studiava quella che oggi sappiamo essere la galassia di Andromeda, Hubble scoprì al suo interno una particolare stella (una variabile cefeide) di cui si sapeva misurare la distanza. Trovò così che Andromeda è troppo lontana per far parte della Via Lattea, ma è una galassia a sé stante distinta dalla nostra.

La galassia di Andromeda.
in foto: La galassia di Andromeda è la galassia di medie dimensioni più vicina a noi: dista “appena” 2,5 milioni di anni luce.
Credits: Adam Evans

Grazie ad analisi statistiche compiute a partire da immagini molto profonde del cielo, come la celebre Hubble Ultra Deep Field realizzata dal telescopio spaziale Hubble, oggi sappiamo che nel nostro universo osservabile ci sono la bellezza di 2000 miliardi di galassie!

L'Hubble Ultra Deep Field
in foto: L’Hubble Ultra Deep Field è un’immagine 2004 che riprende una regione di cielo minuscola (grande quanto una capocchia di spillo tenuta a un braccio di distanza dai nostri occhi!) e fino ad allora ritenuta priva di oggetti celesti. Dopo un’osservazione continua di oltre 10 giorni, invece, il telescopio ha individuato in questa piccola zona del cielo circa 10.000 galassie estremamente distanti!
Credits: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

Come si sono formate le galassie

Poco dopo il Big Bang, l’universo era estremamente omogeneo e uniforme. Con delle minuscole fluttuazioni, però: alcune regioni presentavano una densità leggermente inferiore alla media e altre una densità leggermente superiore. Per azione della gravità, queste ultime accumularono sempre più materia che collassò per formare le prime stelle, circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang.

La distribuzione della densità di materia nell’universo a circa 400.000 anni dal Big Bang.
in foto: La distribuzione della densità di materia nell’universo a circa 400.000 anni dal Big Bang, misurata dal satellite Planck. Le macchie rosse rappresentano zone all’epoca leggermente più dense, quelle blu regioni leggermente meno dense.
Credits: ESA/Planck Collaboration

Nel frattempo, la gravità aveva fatto condensare piccoli agglomerati di circa un milione di stelle, le protogalassie, che nel giro di qualche centinaio di milioni di anni si fusero per formare le prime galassie vere e proprie.

Tipologie di galassie

Le galassie si dividono in quattro categorie principali a seconda della loro morfologia. Le più comuni nell'universo sono le galassie ellittiche, che hanno una forma a ellissoide. Contengono stelle mediamente anziane, non troppo massicce. Generalmente hanno un tasso di formazione di nuove stelle molto basso.

La galassia ellittica IC 2006.
in foto: La galassia ellittica IC 2006.
Credits: ESA/Hubble & NASA Image acknowledgement: Judy Schmidt and J. Blakeslee (Dominion Astrophysical Observatory). Science acknowledgement: M. Carollo (ETH, Switzerland)

Dopo le galassie ellittiche, la categoria più importante è quella delle galassie a spirale, caratterizzate da un piccolo nucleo centrale a ellissoide circondato da un esteso disco con i caratteristici bracci di spirale. Il disco è popolato da stelle mediamente più massicce, calde e giovani rispetto a quelle che si trovano in una galassia ellittica. Le galassie a spirale possono presentare una barra nel loro nucleo: si parla in tal caso di galassie a spirale barrate.

La galassia a spirale barrata NGC 613.
in foto: La galassia a spirale barrata NGC 613.
Credits: ESA/Hubble & NASA, G. Folatelli

Abbiamo poi le galassie lenticolari, una “via di mezzo” tra le galassie ellittiche e quelle a spirale. Come le prime hanno stelle di età avanzata; come le seconde hanno una struttura con un nucleo e un disco, ma senza bracci di spirale.

La galassia lenticolare UGC 12591.
in foto: La galassia lenticolare UGC 12591.
Credits: NASA, ESA, Hubble

Le galassie che non rientrano in nessuna di queste categorie si chiamano galassie irregolari. Spesso la loro forma bizzarra e deformata è dovuta al fatto che si stanno fondendo con altre galassie vicine.

La galassia irregolare NGC 1427A.
in foto: La galassia irregolare NGC 1427A.
Credits: ESA/Hubble

Gruppi, ammassi e superammassi di galassie

Come le stelle non sono distribuite uniformemente nel cosmo ma si organizzano in galassie, anche le galassie non sono sparpagliate ovunque ma sono concentrate in strutture più grandi: i gruppi di galassie e gli ammassi di galassie. Entrambe le strutture sono tenute insieme dalla gravità. Quello che cambia è la loro dimensione: i gruppi contengono poche decine di galassie e hanno diametri di 1-5 milioni di anni luce, mentre gli ammassi di galassie sono più popolosi con centinaia o migliaia di galassie e fino a 30 milioni di anni luce di diametro.

Il Quintetto di Stephan è un piccolo gruppo di galassie.
in foto: Il Quintetto di Stephan è un piccolo gruppo di galassie che conta appena cinque componenti. È il primo gruppo di galassie mai scoperto, nel 1877 da Édouard Stephan. Si trova a circa 300 milioni di anni luce da noi. Credits: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team

Gli ammassi di galassie sono a loro volta riuniti per formare agglomerati ancora più grandi: i superammassi di galassie. A differenza dei gruppi e degli ammassi, però, i superammassi non sono tenuti insieme dalla gravità.

Il superammasso di galassie Abell 901/902.
in foto: Il superammasso Abell 901/902 è composto da tre ammassi di galassie. Ogni macchiolina giallastra in questa immagine è una galassia!
Credits: ESO
Articolo a cura di
Filippo Bonaventura