Lezioni ed esercizi categoria Senior

Una galassia è un enorme insieme di stelle, gas, polveri e materia oscura, tenuto insieme dalla forza di gravità. La distanza media fra due stelle è di 3 anni luce, e il diametro di una galassia può variare fra i 30 mila e i 300 mila anni luce. Una galassia può contenere da poche decine di milioni di stelle fino a diversi miliardi (cioè da 10¹¹ a 10¹² volte la massa del nostro Sole). 

Il colore delle galassie varia dal rosso fino all’azzurro/blu, ciò dipende dal tipo di stelle presenti, in particolare possiamo dedurre che una galassia azzurra ha al suo interno molte stelle giovani e quindi c’è molta formazione stellare, mentre una galassia tendente al rosso avrà una popolazione stellare vecchia e sarà priva di formazione stellare al suo interno.

Studiando la curva di rotazione delle galassie, ovvero la velocità di rotazione della materia luminosa in funzione della sua distanza dal centro della galassia, ci si imbatté in un'incoerenza.
Le galassie contengono una vasta popolazione di stelle poste su orbite quasi circolari attorno al centro galattico. Come accade per le orbite planetarie, in base alla seconda legge di Keplero le stelle con orbite galattiche più grandi (ovvero poste a distanze maggiori dal centro) dovrebbero avere velocità di rotazione minori. Ma osservando le velocità orbitali delle stelle nelle regioni periferiche di un gran numero di galassie spirali si notò che in nessun caso esse seguono la seconda legge di Keplero: invece di diminuire a grandi distanze, le velocità orbitali rimangono con ottima approssimazione costanti (come si vede nel grafico a lato). Considerando quindi le stelle presso la periferia di una galassia spirale, con velocità orbitali osservate normalmente di 200 chilometri al secondo, se la galassia fosse composta solo dalla materia visibile queste stelle l'abbandonerebbero in breve tempo, dato che le loro velocità orbitali sono quattro volte più grandi della velocità di fuga dalla galassia (la velocità minima che un oggetto deve avere per poter sfuggire all'azione gravitazionale della galassia). Dato che non si osservano galassie che si stiano disperdendo in questo modo, al loro interno deve trovarsi massa di cui non si tiene conto quando si calcola tutta quella visibile. Tale massa invisibile è chiamata materia oscura. 

Si stima oggi che la materia oscura sia circa l’85% della massa totale dell’universo (nella Via Lattea è pari al 10% della massa totale); tuttavia nessuno ancora ha scoperto di cosa sia composta, dato che essa è invisibile ai nostri strumenti ed è totalmente diversa dalla materia di cui siamo fatti. 

Classificazione morfologica

Le galassie possono avere diverse forme e caratteristiche fisiche. Esse sono classificate nei seguenti tipi:

• galassie ellittiche: sono caratterizzate da un colore rossastro (sono composte principalmente di stelle vecchie), povertà di gas e da un moto caotico delle loro componenti. Rappresentano circa il 13% delle galassie dell’universo;
• galassie a spirale: hanno un colore più blu (sono infatti ricche di stelle giovani e calde), sono ricche di gas e sono caratterizzate da un moto rotatorio ordinato. Sono circa il 62% delle galassie presenti nell’universo osservato, tutte hanno nel centro un buco nero. La Via Lattea ne è un esempio;
• galassie lenticolari: sono una via di mezzo fra le galassie a spirale e quelle ellittiche, in quanto hanno un disco contenente gas e polvere, ma hanno anche un alone stellare ellissoidale. Hanno una discreta attività di formazione stellare al loro interno e hanno un colore fra il rossiccio e l’azzurro. Esse costituiscono il 22% delle galassie totali;
• galassie irregolari: hanno apparenza caotica e disordinata e sono generalmente nane o disturbate dall’interazione con altre galassie. Le galassie irregolari più vicine a noi sono le due Nubi di Magellano, che orbitano intorno alla Via Lattea. Costituiscono il 4% delle galassie dell’universo.

La classificazione più famosa è quella di Hubble, che classificò le galassie in un diagramma detto “a forchetta”. Oltre a suddividere le galassie in base alle tipologie viste sopra (S0 sta per galassie lenticolari), le divise in sottocategorie e divise le lenticolari e spirali in normali (ramo superiore del grafico) e con una barra centrale (ramo inferiore del grafico).

Magnitudine superficiale delle galassie

Come visto nella pagina "Magnitudine", la luminosità totale di una sorgente astronomica estesa, come ad esempio un pianeta, una galassia, un ammasso stellare o una cometa, è espressa dalla loro magnitudine integrata, che si ricava a partire dalla magnitudine superficiale (m_sup), la quale indica la magnitudine di una porzione standard (di norma pari a  1 arcsec²) della sorgente estesa. Se un oggetto esteso ha m_sup uniforme (cioè la stessa magnitudine superficiale su ogni porzione di sorgente), detta A la sua area (espressa nelle medesime unità dell’area a cui si riferisce la m_sup) avremo:

\( m_{integrata} = m_{sup} - 2.5 \cdot \log{A} \)

Se un oggetto esteso e uno puntiforme hanno la stessa magnitudine, vuol dire che riceviamo da essi la stessa quantità totale di luce; tuttavia l’oggetto esteso sarà molto più difficile da osservare di quello puntiforme, poiché la sua luce è dispersa su un’area.

La magnitudine superficiale ci fornisce un’indicazione di quanto la sorgente estesa è facilmente osservabile in contrasto con la luminosità intrinseca del cielo.

La magnitudine superficiale del cielo notturno allo Zenith nella banda V è  V_cielo ~21.9  mag/arcscec²

Spettri di galassie