percorso didattico: galassie
Orientiamoci fra le galassie
NEL COMPLESSO
Le galassie sono sistemi formati da un grande numero di stelle (108 - 1012), da nubi di gas e da polveri. La loro forma dipende dal moto delle stelle attorno al baricentro comune e dal volume che occupano, nel loro complesso, le orbite delle stelle. 
Il fatto che le galassie siano formate da stelle è una scoperta relativamente recente: risale infatti agli anni venti ed è il risultato del lavoro di Edwin Hubble che riuscì a vedere le singole stelle in alcune galassie e a dimostrare la loro natura extragalattica. 
Le galassie sono quindi sistemi stellari isolati che si trovano al di fuori della Via Lattea, il sistema di cui il Sole e la Terra fanno parte. 
Dal punto di vista morfologico i sistemi stellari si possono classificare in 5 grandi famiglie: ellittiche, lenticolari, spirali, spirali barrate, irregolari, che possono essere ulteriormente suddivise in sotto-famiglie secondo uno schema, elaborato dallo stesso Hubble, chiamato diagramma a diapason, mostrato nella figura successiva. 

È sufficiente un'occhiata all'immagine di un insieme di galassie per notare la varietà delle loro forme.

LA CLASSIFICAZIONE
Schema di classifica-
zione di Hubble.

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Le galassie ellittiche (E, fig.1) (simili ad uova) mostrano una varietà di forme che vanno dagli oggetti sferici (detti E0) agli oggetti più schiacciati osservabili (E7). Per le galassie ellittiche è presente il problema di come esse si mostrano: infatti è possibile osservare una galassia circolare che in realtà è un oggetto ellittico visto sotto un angolo particolare.

Le galassie spirali (S, fig.2) sono costituite da un nucleo simile alle galassie ellittiche, e da un disco che si articola in due o più bracci a spirale uscenti dal nucleo. Si suddividono in tre sottoclassi, dette Sa, Sb, Sc, in relazione alla minore o maggiore apertura dei bracci a spirale.

Le spirali barrate (SB, fig.3) mostrano una barra che attraversa il nucleo, agli estremi della quale partono i bracci a spirali.

Lo schema di Hubble mostra un tipo morfologico che rappresenta la transizione tra ellittiche e spirali. Le galassie di questo tipo sono dette lenticolari (S0, fig.4) e mostrano caratteristiche comuni ai due tipi precedenti. Infatti hanno la forma schiacciata delle spirali (simile ad un piatto) e un contenuto stellare simile a quello delle ellittiche.

Al termine della sequenza si trovano le galassie irregolari (Irr, fig.5), di forma indefinita, ricche di materia interstellare e di polveri, dove è ben presente la formazione stellare. Sono generalmente considerate oggetti giovani.

LA COMPOSIZIONE
La composizione delle galassie viene evidenziata dalla luce emessa dalle stelle che le costituiscono. Dall'analisi di questa luce (analisi spettrale) si deduce che tipi morfologici diversi hanno diverso contenuto stellare:

Le galassie ellittiche contengono in prevalenza stelle vecchie, tutte della stessa età approssimativa, e alla loro luminosità contribuiscono in misura maggiore le stelle giganti rosse. L'apporto più significativo alla massa di queste galassie è invece dovuto alle stelle di piccola massa. Una caratteristica peculiare delle ellittiche è la quasi totale assenza di gas e polveri. Solo nelle ellittiche giganti è presente materia interstellare.

La composizione delle galassie lenticolari è simile a quella delle ellittiche e solo una piccola frazione di esse contiene quantità significative di gas e polveri.

Le galassie spirali e le irregolari sono formate sia da stelle giovani che vecchie (dette di popolazione I e II, rispettivamente), disposte le prime lungo i bracci, dove è notevole la formazione stellare innescata dall'abbondanza di gas interstellare e le seconde nel nucleo che appare simili ad una galassia ellittica. Il contenuto di gas e polveri delle spirali è molto elevato ed aumenta andando, lungo la sequenza di Hubble, dalle spirali alle spirali barrate. Nelle irregolari, gas e polveri possono rappresentare anche la metà della massa totale.

LA ROTAZIONE
Le galassie ellittiche, lenticolari e spirali ruotano attorno al loro baricentro con un periodo di molte decine di milioni di anni.
la rotazione delle galassie si misura osservando il loro spettro tramite uno spettrografo e registrando gli spostamenti delle righe spettrale dovuti all'effetto Doppler: una sorgente luminosa che si allontana è osservata come se emettesse luce più rossa (di maggiore lunghezza d'onda), mentre quando si avvicina sembra emettere luce più blu. In questo modo, osservando una galassia in rotazione, la parte di riga spettrale formata dal bordo della galassia che si avvicina all'osservatore tende a spostarsi verso la parte blu dello spettro; la parte di riga formata dal bordo che si allontana tende verso il rosso, mentre la parte di riga generata dal centro della galassia resta nella posizione originale. L'effetto complessivo è che ogni riga spettrale assume la forma di una S e la misura dell'allontanamento dalla posizione di riposo fornisce la velocità di rotazione.

Nota la velocità di rotazione, da alcune leggi fisiche ben note (gravitazione universale, 3.a legge di Keplero, teorema del viriale) è possibile ricavare la massa delle galassie, in particolare delle spirali, contenuta all'interno di un dato raggio.

Dalle misure di rotazione deriva la consapevolezza del fatto che le galassie ellittiche non sono ellissoidi di rotazione: la loro velocità di rotazione è troppo piccola perchè possa essere la gravità a dare loro la forma osservata. La forma delle galassie ellittiche dipende dal fatto che le orbite delle stelle occupano tutto il volume disponibile, compatibilmente con la legge di gravitazione.

Dall'analisi della rotazione delle spirali si è dedotto (ma il problema è tuttora oggetto di discussione scientifica) che al di là delle dimensioni osservabili nelle fotografie deve esistere materia non visibile che però i suoi effetti gravitazionali. La natura e la quantità di questa materia oscura forma il problema della massa mancante, uno dei più importanti dell'astrofisica moderna.

GLI AMMASSI DI GALASSIE
Come si vede facilmente, di rado le galassie si trovano da sole. In genere esse hanno la tendenza a riunirsi in gruppi o ammassi, ognuno formato da decine e fino a molte migliaia di oggetti tutti legati tra loro dalla forza gravitazionale e rotanti attorno al comune centro di massa. Si chiamano ammassi i gruppi formati da almeno 50 galassie luminose. Le dimensioni dei gruppi possono essere dell'ordine di 1-2 Mpc (mega-parsec, cioè 106 parsec); quelle degli ammassi 2-5 Mpc.
Gli ammassi di galassie si dividono in due tipi principali: regolari ed irregolari.

I primi sono caratterizzati da una forma regolare e da una forte concentrazione centrale di galassie. Contengono sempre migliaia di oggetti, qusi tutti ellittiche e lenticolari. Al centro dell'ammasso si trova spesso una galassie ellittica super gigante.
I secondi hanno invece una struttura irregolare e contengono galassie di tutti i tipi in numero molto variabile. Le galassie più luminose di questi ammassi sono spesso spirali.
Superammassi: Gli ammassi di galassie, a loro volta, si raggruppano in strutture, dette super ammassi, di diametro 10-20 Mpc.

Il Gruppo Locale
Il gruppo di galassie più noto è il Gruppo Locale, di cui fa parte anche la nostra galassie, la Via Lattea e la galassia di Andromeda, l'unica visibile ad occhio nudo nel cielo boreale. Fanno parte del Gruppo Locale, oltre le due galassie citate, entrambe spirali, anche alcune ellittiche nane (M32, NGC205), alcune irregolari (Grande e Piccola Nube di Magellano), alcune galassie, anche di grande dimensione e massa, nascoste alla vista dalle polveri che gravitano all'altezza del disco della nostra galassia (Maffei 1 e 2) e una serie di di galassie nane di forma sferoidale (Antlia, Sgrdwarf, ...) per un totale di circa 30 membri.
Il Gruppo Locale fa parte del Super Ammasso Locale, il cui centro è formato dall'ammasso della Vergine.
LE GALASSIE ATTIVE
Le osservazioni astronomiche fatte in bande dello spettro elettromagnetico diverse da quella ottica, hanno messo in evidenza l'esistenza di fenomeni molto energetici che avvengono nei nuclei di alcune galassie. L'enorme quantità di energia emessa da oggetti piccoli come i nuclei fa pensare ad un fenomeno transitorio, ad una fase breve dell'evoluzione delle galassie.
Questa classe, che potrebbe non essere una classe distinta, non è, in ogni caso, omogenea. Gli oggetti che la compongono emettono energia su un vastissimo intervallo di lunghezze d'onda, dalle onde radio fino ai raggi X e gamma e le loro emissioni sono in massima parte dovute a fenomeni non termici (cioè non sono dovute ad emissioni da parte di stelle molto calde ma a fenomeni tipo radiazione di sincrotone).
Tra le galassie attive ricordiamo le Seyfert, le Markarian, le radio galassie.