Gli ammassi di galassie, cosa sono, come si formano e la loro osservazione

Gli ammassi di galassie sono le strutture gravitazionalmente legate più grandi e massicce presenti nell'Universo. Sono dei veri e propri laboratori per l'astrofisica in cui gli astronomi possono testare i modelli che descrivono la formazione e l'evoluzione delle galassie, la fisica dei gas nello stato di plasma e il cui numero può essere usato per testare i modelli cosmologici. In questo articolo scopriremo di cosa sono fatti gli ammassi di galassie, come si formano, come influiscono sulla evoluzione delle galassie che vi abitano, come si osservano e la loro importanza per lo studio delle galassie agli albori dell'Universo.

Cosa sono gli ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie sono strutture formate da centinaia o migliaia di galassie tenute insieme dalla gravità. Gli ammassi di galassie hanno tipicamente dimensioni tra gli 1 e i 10 Megaparsec (1 Megaparsec equivale a 30 miliardi di miliardi di chilometri) e una massa totale fino a milioni di miliardi di volte quella del Sole. Essi si distinguono da altre strutture tenute insieme dalla gravità come i gruppi di galassie che invece sono costituiti da decine di oggetti e quindi masse un centinaio di volte minori.

Gli ammassi di galassie non sono però costituiti solo dalle galassie, come suggerisce il nome, ma anzi queste rappresentano la componente minore in massa (circa 1%). Le altre due componenti presenti sono il gas intergalattico e la materia oscura. Quest'ultima è la componente dominante, contribuendo per circa il 90% in massa. Ciò implica che la componente dominante in massa sia qualcosa che non possiamo osservare direttamente, ma solo attraverso suoi effetti gravitazionali, poiché la materia oscura non emette radiazione elettromagnetica. Il gas intergalattico si trova invece nello stato di plasma a temperature di decine di milioni di gradi e costituisce il restante 9% in massa degli ammassi di galassie.

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Galassie: cosa sono, come si formano e tipologie

Di Filippo Bonaventura

La Via Lattea, fa parte del Gruppo Locale di galassie che contiene più di 54 oggetti, tra cui la galassia di Andromeda. Dallo studio della posizione delle galassie più prossime alla Via Lattea, ci si è resi conto che il nostro Gruppo Locale non fa parte di un singolo ammasso, ma, insieme all'ammasso a noi più prossimo, quello della Vergine, esso fa parte del superammasso della Vergine.

I superammassi sono essenzialmente ammassi di ammassi di galassie, cioè strutture grandissime costituite da centinaia di ammassi e gruppi di galassie intervallate da vuoti, cioè regioni con un bassissimo numero di oggetti. È bene precisare quindi che i superammassi sono le strutture più grandi del cosmo che siano note, mentre gli ammassi di galassie sono le strutture più grandi auto-gravitanti, cioè che si tengono insieme attraverso le mutue attrazioni gravitazionali tra le galassie.

Come si formano gli ammassi di galassie

Secondo le più recenti osservazioni, il processo di formazione dei primi ammassi, chiamati proto-ammassi, è iniziato quando l'Universo aveva solo 600-700 milioni di anni. Questi oggetti, così come le galassie, sono cresciuti in dimensione e massa nel corso della storia dell'Universo in maniera gerarchica. Inizialmente, i proto-ammassi erano costituiti da un numero limitato di galassie con una bassa massa. La formazione stellare all'interno di queste galassie ne ha aumentato la massa, aumentando l'attrazione gravitazionale dell'ammasso. Così facendo, nuove galassie sono state attratte, collidendo e fondendosi con quelle già presenti, e aumentando ulteriormente la massa complessiva, fino a formare gli oggetti di milioni di miliardi di masse solari che osserviamo oggi.

Quali tipi di galassie contengono

L'ambiente più o meno denso in cui possono trovarsi le galassie influisce sulla loro evoluzione, poiché esse non possono essere più considerate come sistemi isolati. L'ambiente degli ammassi ha una profonda influenza sulle galassie che in esso si trovano poiché vi è un grande numero di oggetti concentrato in uno spazio relativamente piccolo e una grande quantità di gas con cui le galassie si trovano ad interagire.

Possiamo osservare una diversificazione della tipologia di galassie presenti. Se le galassie si trovano al centro dell'ammasso e sono già passate più volte attraverso il suo denso ambiente, allora le osservazioni mostrano come queste siano per lo più appartenenti alla categoria delle ellittiche. Le periferie degli ammassi sono invece costituite da oggetti che sono o in procinto di entrare per la prima volta nell'ambiente denso dell'ammasso di galassie o hanno già effettuato un primo passaggio. Questo le porta ad essere costituite da un mix di galassie con stelle giovani che stanno attivamente formando stelle, come le galassie a spirale, e di altre che invece hanno iniziato ad interagire con il denso ambiente e si stanno trasformando da spirali ad ellittiche.

Uno dei motivi principali, ma non l'unico, per cui avviene questa segregazione nel tipo di galassie presenti nel centro e nelle periferie dell'ammasso ha a che fare con l'interazione tra questi oggetti e il gas presente. Questo fenomeno, che in gergo tecnico viene chiamato "ram-pressure stripping", prevede che il gas eserciti una pressione sul gas della galassia strappandolo letteralmente da essa. Mancando il gas, manca il carburante per la formazione di stelle e le galassie si trasformano da oggetti che formano attivamente stelle, come le spirali, ad oggetti "morti", come le ellittiche.

Come si osservano

Gli ammassi di galassie possono essere osservati attraverso tutto lo spettro elettromagnetico poiché al loro interno sono in azione diversi processi fisici. Partendo dalle lunghezze d'onda più corte, gli ammassi possono essere osservati tramite i raggi X emessi dal gas nello stato di plasma a temperature di decine di milioni di gradi. Le galassie di ammasso emettono prevalentemente nell'ultravioletto, nell'ottico e nel vicino infrarosso a causa dell'emissione di radiazione da gas e stelle. Proseguendo verso lunghezze d'onda maggiori, gli ammassi possono essere osservati nelle microonde, attraverso l'interazione del gas intergalattico con la radiazione cosmica di fondo, e nelle onde radio attraverso l'emissione di radiazione dai nuclei galattici attivi (buchi neri supermassicci che inghiottono attivamente materia) e dai raggi cosmici che si muovono nel campo magnetico dell'ammasso.