Lic. Classico “D. A. Azuni” SASSARI Prof. Paolo Abis Le Nebulose Gli Ammassi di stelle Le Galassie I Quasars Prof. Paolo Abis

Le Nebulose Lo spazio interstellare non è vuoto, ma è attraversato da una tenue materia composta da gas e polveri, la quale ci si presenta sotto due diversi aspetti: uno palese alla vista, sia attraverso semplici binocoli che in fotografia, l’altro invece occulto che solo con speciali strumenti siamo in grado di rivelare. Alla prima categoria è stato dato il termine di “nebulose”, cioè agglomerati di gas e pulviscolo interstellare con densità media di 1.000 volte superiore alla normalità. Spesso si rendono appariscenti se illuminate dalla luce di una o più stelle, ad esse vicine , contemporaneamente. La nebulosa “Testa della Strega” (IC2118), a circa 1000 anni luce dalla Terra, è associata alla brillante stella Rigel, nella costellazione di Orione. La nebulosa splende principalmente della luce riflessa di Rigel, che si trova poco sopra l'angolo superiore destro dell'immagine. Il colore blu non è causato solamente dal colore blu di Rigel ma anche perché i grani di polvere riflettono la luce blu più efficientemente della luce rossa.

Nebulose ad emissione Si manifestano attraverso un fenomeno diverso dalla diffusione e lo fanno con meccanismi che non coinvolgono il pulviscolo, ma il gas. Difatti le stelle vicine o immerse nella nebulosa stessa, eccitano l’idrogeno presente nella nube, ionizzandolo, trasformando così l’invisibile radiazione ultravioletta emessa dalle stelle, in radiazione visibile. Pertanto le nebulose ad emissione fanno un’opera di trasformazione: assorbono, attraverso il gas presente, la radiazione più intensa delle stelle e la riemettono sotto forma di radiazione visibile per l’occhio umano. Nebulosa denominata Laguna (M8) visibile nella costellazione del Sagittario

Le Nebulose Nebulose a riflessione e nebulose a emissione si trovano spesso insieme, qualche volta sono entrambe definite come nebulosa diffusa. Nebulosa di Orione (M42) esempio di nebulosa diffusa

Gli ammassi di stelle Gli ammassi di stelle sono raggruppamenti, a volte radi ed estesi, in cui le stelle si possono contare una ad una, altre volte invece di minore estensione e più condensati, di forma globoidale, con le stelle talmente fitte da essere singolarmente indistinguibili ,se non nelle regioni periferiche. Alla prima categoria appartengono gli ammassi aperti, che appaiono più grandi solo perché più vicini; al secondo gruppo appartengono invece gli ammassi globulari, che sono spesso più estesi ma più lontani da farli apparire come piccoli globi lattiginosi. Ammasso aperto (M6), visibile nella costellazione dello scorpione Ammasso globulare (M5), visibile nella costellazione del serpente

Gli ammassi di stelle Ammassi Aperti Di ammassi stellari aperti ,se ne conoscono più di un migliaio ed apparentemente tutti, salvo qualche rara eccezione, si trovano lungo la fascia della Via Lattea. Hanno estensione dell’ordine di alcune decine di a.l. e vi si contano da alcune decine ad alcune centinaia di stelle. In alcuni ammassi aperti le stelle appaiono più ammassate , in altri meno; si tratta però sempre di stelle giovani, tanto che le troviamo spesso associate alle nebulose da cui hanno avuto origine. Normalmente, l’età di questi gruppi si aggira sulle centinaia di milioni di anni e, solo in alcuni casi, di qualche miliardo. Non tutti gli ammassi stellari aperti sopravvivono per tempi indefinitamente lunghi; alcuni si disperdono, perdendo le stelle che le compongono (“evaporazione”). Alcuni possono anche restare legati gravitazionalmente se la loro densità (numero di stelle in rapporto al volume occupato) è sufficiente a resistere alla continua interazione con le forze mareali presenti nella Galassia. Se invece la densità è troppo bassa, l’ammasso tende a perdere le sue stelle; in questo caso si forma quella che viene chiamata un “associazione stellare”. Ammasso aperto delle Pleiadi (M45) visibile nella costellazione del Toro

Gli ammassi di stelle Ammassi Globulari Incomparabilmente più ricchi di stelle, gli ammassi globulari annoverano da decine a centinaia di migliaia di stelle, agglomerate in un raggio di centinaia di a.l. A differenza degli ammassi aperti, i globulari sono situati nell’alone della Galassia e seguono delle orbite ellittiche intorno al centro galattico con un tempo medio di circa 300 milioni di anni. Gli ammassi globulari , pur attraversando due volte per ogni rivoluzione il piano della loro galassia, l’enorme spazio vuoto fra stella e stella, rende estremamente improbabile delle collisioni. Si conoscono circa centocinquanta di questi ammassi con distanze che vanno da 4.700 a.l. (M4 nello Scorpione) a circa 270.000 a.l. del più distante. Per fare un paragone fra le densità di questi oggetti, basta dire che nella Galassia una stella dista mediamente 4 a.l. dall’altra mentre, negli ammassi globulari, la distanza relativa è di 6 mesi luce, cioè essi sono otto volte più concentrati. Si stima che al centro di questi straordinari oggetti la distanza sia di solo alcune ore luce. Ammasso globulare (M13) visibile nella costellazione di Ercole

Le Galassie

Galassia M33, visibile nella costellazione del Triangolo. Le Galassie Una Galassia è il sistema più grande e meglio organizzato di stelle che popola l’Universo. Possiamo paragonare le galassie a degli Universi-isola che “galleggiano” nello spazio. Oltre alle stelle, le galassie contengono, in diversa percentuale, zone composte da polveri e gas che, sotto particolari condizioni, andranno a formare il materiale dal quale nasceranno le nuove stelle e i loro pianeti. Galassia M33, visibile nella costellazione del Triangolo.

Caratteristiche della nostra Galassia Le Galassie Caratteristiche della nostra Galassia Questa immensa isola che è la nostra Galassia, ha la forma di un disco molto appiattito, di almeno 100.000 anni-luce (a.l.) di diametro e solamente 2.000-6.000 a.l. di spessore, con un rigonfiamento centrale (Bulge) che supera i 10.000 a.l. La nostra Galassia si estende ben oltre il disco ed il bulge, attraverso gli ammassi globulari e altre stelle rade che vanno a costituire l’alone. Ad oggi sono stati individuati sicuramente almeno 3 bracci della spirale : uno detto del Sagittario che si trova a 6.000 a.l. in direzione del centro della Galassia; un altro il braccio di Orione nel quale si trova il Sole; il terzo è il braccio del Perseo a 5.000 in direzione periferica. Individuare la struttura della nostra Galassia dall’interno è cosa ardua; è come chiedere ad un architetto di disegnare la mappa della sua città, potendola guardare solo dalle finestre del suo appartamento

Milk Way ( SBbc ) Sole

Come sono fatte le galassie? Da 109 a 1014 stelle Materiale interstellare a varia densità

La Via Lattea è fatta di tantissime stelle, per questo è più luminosa del resto del cielo. Queste stelle sono lontanissime e non si possono distinguere una dall'altra. Sembra proprio che molte delle stelle del cielo siano raccolte in questa fascia: infatti le stelle spesso fanno come i corpi del nostro Sistema Solare, cioè formano dei gruppi, perché sono legate l'una all'altra dalla loro forza gravitazionale.

Le Galassie Cosa è la Via Lattea? La Via Lattea è la GALASSIA cui appartiene il sistema solare; essa è anche nota come la Galassia, per antonomasia In ASTRONOMIA OSSERVATIVA, il termine designa la debole banda di luce bianca che attraversa la sfera celeste, formata dalle stelle situate nel disco della galassia stessa. E’ proprio a causa dell’elevato numero di stelle visibili in quella direzione che ci appare come una via biancastra cui è stato dato appunto il nome di Lattea. Parte della Via Lattea

ORIGINE DELLA VIA LATTEA Nel celeste boudoir della regina Era, il dio Ermes tenta, lei dormiente, di spillarne il latte nella bocca del neonato Ercole. Naturalmente, come succede sempre in questi miti, accade un imprevisto: il latte schizza via verso un cielo indaco, incendiandosi in piccole fiammelle che gli dei, più tardi, coglieranno e disporranno come fa un gioielliere con le sue pietre splendenti sul velluto, ad un angolo così perfetto che la luce fa dire a una donna ti prego, amore, prendimi questo. dal dipinto con lo stesso nome di Tintoretto, 1564. Aimee Nezhukumatathil

Caratteristiche della nostra Galassia Le Galassie Caratteristiche della nostra Galassia Diversamente dall’apparenza, la distanza media fra 2 stelle “vicine”, del disco della Galassia, è molto elevata: nella zona dove è posto il nostro Sole è di circa 6 a.l., paragonabile a 2 chicchi di mais lontani fra loro di 200 km! Queste distanze medie si riducono sensibilmente andando verso il centro, fino alla grande densità stellare del bulge, dove si pensa che le stelle dovrebbero avere una distanza media reciproca di qualche settimana luce!! Un ipotetico pianeta che si trovi in quella zona avrebbe un cielo notturno illuminato come da centinaia di lune piene !!!! Grazie ai grandi radiotelescopi, gli astronomi hanno scoperto proprio nel centro della nostra galassia uno straordinario oggetto, una radiosorgente delle dimensioni di circa 10 U.A. e la cui massa è dell’ordine di cinque milioni di masse solari. E’ questo il vero nucleo galattico, il cuore della Via Lattea. Si tratta forse di un enorme buco nero? Ricostruzione artistica della nostra Galassia

La Galassia quindi è una "somma" molto complessa di corpi celesti. Come mai gas e stelle si sono distribuite così? A causa della forza gravitazionale. Le stelle della Galassia non si trovano semplicemente "vicine" in modo casuale, ma sono proprio legate tra di loro, l'una con l'altra, dalla reciproca ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE.

Di questo insieme fa parte anche il Sistema Solare, ma non si trova nel centro! Il Sistema Solare si trova nel disco della Galassia, a circa due terzi di distanza tra il centro e il bordo del disco. In pratica ci troviamo a ben 30.000 anni luce dal centro della Galassia!

Stelle e nubi della Galassia non sono fermi, ma si muovono Stelle e nubi della Galassia non sono fermi, ma si muovono. Come puoi vedere in questo disegno, la Galassia ruota su se stessa. Il Sistema Solare ruota intorno al centro della Galassia, come tutte le altre stelle. Per fare un giro completo impiega 225 milioni di anni. VELOCITA’= Può sembrarti un tempo enorme, e forse pensi che la rotazione sia lentissima… Il fatto è che la Galassia è proprio enorme: in realtà il Sistema Solare ruota attorno al centro della Galassia a una velocità di ben 900mila Km all'ora, 3mila volte la velocità della Ferrari! 3000 x

Questo spiega anche perché nel disco esistono i bracci di spirale: la Galassia infatti non è rigida, ma si comporta un po' come un fluido. Così quando la Galassia ruota, al suo interno si creano delle specie di "correnti": un po' come quando mescoli il caffelatte nella tazza. Sono queste che creano i bracci di spirale.

La rotazione delle Galassie Le curve di rotazione delle galassie spirali hanno fornito agli astronomi un'importante evidenza della presenza della materia oscura. Queste galassie contengono una vasta popolazione di stelle poste su orbite quasi circolari attorno al centro galattico. Come accade per le orbite planetarie, secondo la terza legge di Keplero le stelle con orbite galattiche più grandi dovrebbero avere velocità orbitali minori. Tuttavia gli astronomi hanno condotto osservazioni delle velocità orbitali delle stelle nelle regioni periferiche di un gran numero di galassie spirali, e in nessun caso esse seguono la terza legge di Keplero. Invece di diminuire a grandi raggi, le velocità orbitali rimangono costanti.

La Materia Oscura Molti astronomi oggi ritengono che la massa della "materia oscura" invisibile sopravanzi tutti gli altri tipi di materia dell'universo, e che la sua attrazione sia la principale causa dell'esistenza delle galassie. In quest'ottica, la materia oscura si sarebbe raggruppata assai presto nella storia dell'universo, e la materia ordinaria - che ha formato le galassie - l'ha seguita successivamente nei "buchi" gravitazionali formati da questa materia oscura. La rotazione delle galassie indica che la materia oscura è ancora presente, ed è quella che principalmente tiene insieme le galassie.

La classificazione delle Galassie Una delle cose che ha colpito di più gli astronomi dopo l’avvento della fotografia, è stata la grande varietà di forme delle Galassie. Una prima descrizione dettagliata e tuttora valida della morfologia è stata fatta da H. Hubble nel lontano 1926. Secondo Hubble esistono tre grandi categorie di galassie: le Ellittiche, le Spirali e le Irregolari.

Le Galassie Ellittiche Le Ellittiche sono sistemi abbastanza semplici, caratterizzati da un nucleo molto luminoso, condensato; partendo dal nucleo, la luminosità decresce molto rapidamente andando verso la periferia. Questo fa sì che, quando sono osservate al telescopio, le loro dimensioni appaiono molto piccole, perché le regioni esterne non raggiungono la percettibilità dell’occhio. Le dimensioni di questo tipo di galassie sono notevoli: a volte raggiungono il milione di a.l.

Le Galassie: le Spirali Le Galassie Spirali invece sono divise in due sottogruppi: le spirali semplici (S) e le spirali barrate (SB); la differenza sta nel fatto che nelle S semplici le braccia partono direttamente dal nucleo, nelle altre SB invece dalle estremità di una barra centrale. Le braccia spirali di questo tipo di galassie sono molto appariscenti, anche se la quantità di materia che li costituisce è molto piccola, appena qualche punto percentuale della massa totale; esse sono costituite da agglomerati di gas, polveri e stelle, giovanissime o ancora in formazione.

Le Galassie: le Irregolari Le Galassie Irregolari, possiedono una forma che non rende possibile riconoscere in esse una simmetria di rotazione. Spesso non possiedono un nucleo ben definito e la struttura a spirale non è individuabile. Le galassie irregolari sono classificate di Tipo I e Tipo II. Le prime vengono anche dette Magellaniche, perché hanno come prototipo le Nubi di Magellano (foto a destra), in quanto sono facilmente risolvibili in stelle. Il tipo II invece, oltre ad essere più luminose, sono solcate da forti bande di polvere e non sono risolte in stelle nemmeno con grandi telescopi. Il prototipo è la galassia M82 (foto a sinistra), visibile anche con telescopi amatoriali nella costellazione dell’Orsa Maggiore.

Galassie interagenti e in collisione Le Galassie Galassie interagenti e in collisione

Galassie con forme particolari Le Galassie Galassie con forme particolari Nell’Universo esistono anche forme particolari di Galassie. Gli astronomi ritengono che queste forme siano dovute a incontri ravvicinati o collisioni tra galassie in un remoto passato. L'insolita forma di questa galassia e' stata prodotta dalla collisione frontale con una galassia piu' piccola, avvenuta all'incirca 200 milioni di anni fa.

Ammassi e Superammassi di GALASSIE La nostra Galassia è attorniata da circa altre trentacique sistemi stellari, alcune con caratteristiche simili (Galassia di Andromeda), altre di dimensioni inferiori. L’insieme di questi sistemi stellari, legati gravitazionalmente fra loro, va a costituire quello che viene chiamato il Gruppo Locale. Ad oggi solo il 15% delle galassie conosciute è isolato nello spazio. Tutto il restante è organizzato i gruppi, come avviene appunto per il Gruppo Locale. Gli ammassi di Galassie si raggruppano a loro volta a formare strutture molto più grandi, ammassi di ammassi, detti Super Ammassi. Foto di un Superammasso

Ammassi e Superammassi di GALASSIE Questa foto mostra un esempio di un ammasso di galassie. A differenza dei gruppi, che contengono un piccolo numero di membri, gli ammassi sono caratterizzati da diverse decine fino a qualche centinaio di galassie. Questa foto mostra un esempio di un ammasso di galassie. A differenza dei gruppi, che contengono un piccolo numero di membri, gli ammassi sono caratterizzati da diverse decine fino a qualche centinaio di galassie. 30 30 30

Ammassi e Superammassi di GALASSIE Distribuzione delle Galassie nel Gruppo Locale

Ammassi e Superammassi di GALASSIE Le Galassie Ammassi e Superammassi di GALASSIE ? Superammasso “locale” e moto nell’universo “vicino”

Cosa determina la morfologia di una galassia E’ ovvio domandarsi perché osserviamo galassie di varie morfologie, e se esistono delle condizioni iniziali che portino alla formazione di un’ellittica piuttosto che di una spirale. Secondo le teorie prevalenti, sono due i parametri fisici che giocano un ruolo importante: densità e momento angolare del gas. Se la protogalassia è molto densa, il gas si condensa molto velocemente e viene tutto convertito in stelle, le quasi si formano praticamente tutte assieme. La galassia assume una forma ellittica, con una popolazione stellare che da lì in poi invecchia senza che si formino nuove stelle. E’ il cosiddetto collasso monolitico. Se al contrario la protogalassia è poco densa, il raffreddamento avviene in modo più lento, il gas si condensa al centro formando le stelle del bulge e successivamente su un piano formando stelle nuove con continuità. Si ha così una galassia a spirale, che contiene sia stelle vecchie che stelle giovani. sono due i parametri fisici che giocano un ruolo importante: densità e momento angolare del gas. Se la protogalassia è molto densa, il gas si condensa molto velocemente e viene tutto convertito in stelle, le quasi si formano praticamente tutte assieme. La galassia assume una forma ellittica, con una popolazione stellare che da lì in poi invecchia senza che si formino nuove stelle. E’ il cosiddetto collasso monolitico. Se al contrario la protogalassia è poco densa, il raffreddamento avviene in modo più lento, il gas si condensa al centro formando le stelle del bulge e successivamente su un piano formando stelle nuove con continuità. Si ha così una galassia a spirale, che contiene sia stelle vecchie che stelle giovani. 34

L’altro parametro fondamentale è il momento angolare, in pratica la rotazione della protogalassia. Se questa è lenta, la protogalassia tende a condensare contraendosi e dando origine a una galassia ellittica che avrà una rotazione molto debole. Al contrario, se il momento angolare della protogalassia è elevato allora la rotazione veloce favorisce lo schiacciamento della nube su un piano e la formazione del disco di una spirale. L’altro parametro fondamentale è il momento angolare, in pratica la rotazione della protogalassia. Se questa è lenta, la protogalassia tende a condensare contraendosi e dando origine a una galassia ellittica che avrà una rotazione molto debole. Al contrario, se il momento angolare della protogalassia è elevato allora la rotazione veloce favorisce lo schiacciamento della nube su un piano e la formazione del disco di una spirale. 35

Interazioni gravitazionali Le galassie non evolvono solo in modo passivo in ambienti isolati. Esse si trovano molto spesso in vicinanza di altre galassie, in strutture legate gravitazionalmente : si osservano coppie, sistemi tripli, gruppi di galassie, ammassi di galassie e superammassi. La vicinanza fra galassie favorisce l’interazione gravitazionale: le galassie si scontrano, si distruggono, si modificano nelle loro morfologie originarie dando vita a qualcos’altro. Le simulazioni teoriche mostrano ad esempio che la fusione di due o più spirali porta alla formazione di un’ellittica massiccia. In questa foto si ha un esempio di un gruppo di galassie. 36

Le SuperAntennae sono uno degli esempi più spettacolari di scontri fra galassie. Le due galassie progenitrici erano molto probabilmente due spirali. Di esse restano le parti centrali che si stanno fondendo e due code estese, probabilmente il resto dei bracci di spirale completamente svolti. L’ingrandimento ottenuto con osservazioni di Hubble Space Telescope mostra numerose nuove regioni di formazione stellare. 37

Un altro esempio di scontro fra galassie ripreso nella fase iniziale Un altro esempio di scontro fra galassie ripreso nella fase iniziale. L’interazione può durare fino a pochi miliardi d’anni. 38

I Quasar Un tipo particolare di galassia attiva sono i quasar (abbreviazione di "quasi stellar radio source", cioè "sorgente radio quasi-stellare"). Il loro nome deriva dal fatto che emettono soprattutto onde radio e raggi infrarossi e che quando li hanno scoperti, gli astronomi riuscivano a distinguerne solo il nucleo brillante e non la galassia intera, a causa della loro lontananza: così al telescopio apparivano come sorgenti puntiformi, come le stelle appunto. Questo implica che i quasar siano oggetti molto distanti e che debbano emettere più energia di dozzine di normali galassie. Infatti, i quasar sono considerati tra gli oggetti più luminosi dell'Universo osservabile e una loro caratteristica è di emettere la stessa quantità di radiazione in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi X e gamma.

I Quasar I quasar sono tra gli oggetti celesti più lontani che riusciamo a vedere: sono stati scoperti a ben 13 miliardi di anni luce da noi ! Si pensa che il "motore" che produce tutta questa energia nelle galassie attive, sia un enorme buco nero che si trova nel loro centro: un buco nero grandissimo, che può avere una massa da milioni a miliardi di volte quella del Sole! La materia (gas e stelle) che si trova nelle vicinanze del buco nero, attratta dalla sua enorme forza gravitazionale, si mette a ruotare attorno a esso, formando un grosso anello spesso che ruota attorno al buco nero: il disco di accrescimento. 40