C'è galassia e galassia, e anche quella dei buchi neri è una famiglia numerosa. Poi ci sono i quasar: galassie con un buco nero estremamente massiccio e molto attivo che sputa fuori potenti getti di particelle e di radiazioni. Ancora: se un quasar è molto, molto brillante ecco allora un Hot Dog (Hot Dust-Obscured Galaxies, se preferite), ossia galassie calde e circondate da polvere che assorbe la radiazione emessa dal buco nero.
Le galassie Hot Dog sono rare ed estremamente interessanti. Sono brillanti, ma è molto difficile osservarle, perché avvolte da una spessa coltre di polveri. Perciò si ricorre ai raggi infrarossi, banda dello spettro elettromagnetico nella quale la polvere calda, da barriere impenetrabile, si trasforma in faro.
350 milioni di milioni di soli. Alle categorie delle Hot Dog appartiene una galassia dall'improbabile nome WISE (perché rilevata dal telescopio spaziale Wide-Field Infrared Survey Explorer) J224607.57-052635.0, che ad oggi risulta la galassia più luminosa dell'Universo conosciuto. Un gruppo di ricercatori guidato da Tanio Díaz-Santos (Universidad Diego Portales di Santiago, Cile) ha sfruttato le capacità uniche del complesso di 66 radiotelescopi di Alma per scrutare all'interno della nostra Hot Dog e tracciare il moto di un elemento (il carbonio ionizzato) tra le stelle della galassia.
Alma, l'osservatorio cileno, studia lunghezze d'onda di circa un millimetro, fra la luce infrarossa e le onde radio, definite radiazione millimetrica e submillimetrica. L'osservazione della galassia in questione ha portato a una particolare scoperta, che Tanio Díaz-Santos riassume così: «Grandi quantità di gas sono state trovate in uno stato molto turbolento e dinamico». Il gas spiraleggia verso il buco nero supermassiccio al centro della galassia mentre si surriscalda.
I testi di astronomia sono soliti presentarci le galassie come "isole", solitarie e maestose, ricche di stelle scintillanti e nebulose multicolori. Ma anche le galassie hanno una vita per così dire “sociale”: incontri e unioni, che alla fine portano alla fusione di due o più di questi magnifici oggetti celesti, sono tutt’altro che eventi rari. Nella nostra immaginazione tali avvenimenti hanno un sapore catastrofico: "incidenti" di una potenza devastante e distruttiva. In realtà le intense forze mareali, che si sviluppano in virtù delle reciproche interazioni gravitazionali, portano fertilità più che distruzione. Sotto il loro influsso, infatti, le nebulose, formate da gas e polveri, si addensano e collassano, dando vita a nuove stelle.
Foto della gallery e video: © NASA, ESA, (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, e A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University).
Quando due galassie si scontrano non dobbiamo immaginarci collisioni fra stelle, come fossero palle di biliardo. Si tratta di eventi molto rari. Ad interagire sono quasi esclusivamente le forze gravitazionali e i gas. L'interazione gravitazionale tra galassie provoca soprattutto cambiamenti nella loro struttura fisica. Ad una iniziale deformazione indotta dalle reciproche forze mareali, segue la fusione vera e propria, che dà origine ad un'altra galassia. Gli effetti più devastanti di una collisione galattica sono però quelli che avvengono nei gas.
In quest’immagine l’anello è il risultato dell’onda d’urto provocata dalla collisione: la materia inizialmente è stata attirata verso il centro di una delle due galassie e poi, una devastante onda d'urto, l’ha fatta propagare verso l’esterno, creando un anello di stelle.
L’altra galassia, allungata e perpendicolare all’anello, indica che Arp 148 è la fotografia più precisa che abbiamo di uno scontro in corso-
Le due galassie di questa immagine si trovano in una situazione precedente al vero e proprio scontro e la loro interazione è ancora molto debole. Si tratta di galassie a spirale molto ricche di gas. La collisione tra le nubi di gas di due galassie provoca la formazione di onde d'urto che riscaldano e comprimono il gas stesso. Nelle parti più dense della nube il gas, compresso dal collasso gravitazionale, si riscalda rapidamente e si frammenta, dando il via alla formazione di nuove stelle.
Quest’oggetto si trova a circa 450 milioni di anni luce dalla Terra ed è denominato UGC 9618 o Arp 302.
Hubble ha catturato quella che ai nostri occhi potrebbe sembrare una leggiadra danza di una coppia di galassie, denominate ESO 77-14.
Il "ponte" di stelle che unisce le galassie è causato dal "tiro alla fune" tra i due campi gravitazionali. L'interazione tra i corpi celesti ne sta modificando anche le zone più centrali. Un processo lentissimo, lungo miliardi di anni.
Un sorriso dallo spazio più profondo? Un delfino che guizza? Sono diverse le figure che gli astronomi sono soliti dare a NGC 6670, una coppia di galassie i cui confini si stanno sovrapponendo. Secondo gli scienziati si tratta del secondo incontro/scontro tra i due sistemi, un evento abbastanza raro perché generalmente, dopo il primo incontro, due galassie rimangono intrappolate gravitazionalmente per poi fondersi tra di loro.
NGC 6240 è un oggetto composto da due piccole galassie che, fondendosi tra loro hanno dato origine ad una struttura con una curiosa forma a farfalla (o ad aragosta).
Nello stesso sistema due enormi buchi neri si stanno avvicinando tra di loro a grande velocità: ora si trovano ad una distanza di circa 3.000 anni luce e presumibilmente tra milioni di anni entreranno in collisione. Il loro scontro provocherà un'immane esplosione con una inimmaginabile produzione di energia, per lo più sotto forma di raggi gamma.
Non troppo lontano da noi, nella costellazione del Sagittario, ecco ESO 593-8, un sistema di due galassie in collisione, al cui interno si notano diversi ammassi di giovani stelle.
Le galassie che si fondono, molto più comuni nell’universo primordiale di quanto lo siano ora, sono, secondo le attuali teorie, tra i più potenti “motori” dell’evoluzione del cosmo. Si ritiene infatti che questo fenomeno "accenda" i quasar e inneschi intensi processi di formazione stellare, a cui in breve tempo seguono le esplosioni di supernova prodotte dalle stelle più massicce, la cui vita è molto breve.
Le due galassie di questa foto non si sono ancora scontrate: la più piccola, sulla sinistra, denominata LEDA 62867, sembra al sicuro, almeno per ora. Probabilmente verrà "fagocitata" dall’altra, più massiccia. Gli effetti delle reciproche interazioni , infatti, sono già visibili agli occhi di esperti astronomi.
Le immagini raccolte da "Hubble" rappresentano diverse istantanee dei differenti stadi del lungo processo d’interazione tra queste due galassie. Anche nei sistemi apparentemente isolati possono trovarsi tracce di precedenti fusioni.
La Via Lattea, per esempio, contiene molti detriti di piccole galassie incontrate e "divorate" nel corso della sua lunga vita (più di 12 miliardi di anni). Attualmente sta assorbendo una galassia ellittica nana che si trova in direzione della costellazione del Sagittario. Ma a sua volta, sembra sul punto di scontrarsi con Andromeda (M 31) per dare origine a una nuova galassia ellittica che, a futura memoria, è già stata denominata "Milkomeda": le due strutture si stanno avvicinando con una velocità relativa di circa 500.000 chilometri all’ora.
Perché sono così comuni le collisioni nello spazio dal momento che l’Universo è composto – in percentuale – da pochissima materia? La distribuzione della materia nell’universo dipende dalla competizione fra la forza di gravità e l’espansione dell’universo stesso. Ne risulta che le galassie non sono localizzate casualmente e che la materia sembra concentrarsicome in una serie di “matrioske” cosmiche: la maggior parte delle stelle si raggruppa in galassie, a loro volta la maggior parte della galassie si trova riunita in piccoli insiemi, i gruppi, costituiti da poche decine di galassie, oppure in ammassi, che possono essere formati da migliaia di galassie e che possono estendersi molti milioni di anni-luce. Gruppi e ammassi di galassie fanno parte di strutture di dimensioni ancora maggiori, i super ammassi. La collisione di queste due galassie a spirale, per esempio, si trova appunto nella cosiddetta “grande muraglia”, o “grande parete”, un enorme super ammasso di galassie lungo circa 500 milioni di anni luce e largo 300. Ad oggi è la seconda struttura più grande conosciuta.
Due galassie a spirale in stretta interazione tra loro sono unite da un ponte di gas e polveri. L’interazione tra i due sistemi (o tre, come può succedere più raramente) dipende da molti fattori: la massa degli oggetti, la velocità di interazione, il tipo di galassia.
Quando le due galassie hanno masse molto diverse avviene una sorta di "attrazione fatale": la più piccola è destinata ad essere assorbita dalla maggiore ("cannibalismo galattico").
Altre volte invece l'interazione è così rapida e labile che le due galassie mutano solo di poco le loro caratteristiche fisico-chimiche.
Talvolta infine l'interazione gravitazionale può ridisegnare la struttura stessa degli oggetti, conferendo loro una forma caratteristica. È il caso delle "Antenne" (© INAF -Astronomical Observatory of Padova), una coppia di galassie la cui interazione ha provocato lunghi filamenti di gas e stelle.
Arp 256 è un sistema di due galassie a spirale in fase di unione. La loro forza gravitazionale ha già spinto fasci di gas verso l’esterno di ognuna di esse.
Molte delle galassie raccolte in questa galleria sono identificate dal nome Arp e da un numero. Arp sta per Halton Arp, un astronomo statunitense che già negli anni ‘60 compilò un catalogo di galassie peculiari che resta a tutt'oggi uno strumento fondamentale per l'astronomia extragalattica. Da quelle ricerche Arp ha ricavato una teoria rivoluzionaria e controversa, ma solidamente basata su precise osservazioni ed eleganti e impeccabili modelli matematici, che rappresenta una sfida al modello dominante di Universo. Secondo Arp l'Universo non sarebbe in espansione, ma stazionario.
Due galassie in collisione, un'esplosione di falsi colori, un sapiente gioco di prospettive. Bastano pochi elementi dosati nel modo giusto per creare una sagoma famigliare, quella di un punto esclamativo celeste che brilla a 450 milioni di anni luce dalla Terra. W 340, anche conosciuto come Arp 302, è un affascinante oggetto spaziale formato da due galassie nella prima fase della loro interazione gravitazionale. Quella più in alto, W 340 North, sembra più "sottile" perché osservata di taglio. In viola, la resa dei dati raccolti da Chandra, il telescopio spaziale agli infrarossi. In rosso, verde e blu quelli ottici catturati da Hubble.
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Foto: © Photo credit: X-ray NASA/CXC/IfA/D.Sanders et al; Optical NASA/STScI/NRAO/A.Evans et al
Vicine ma non troppo. Le galassie del gruppo Arp 274, anche conosciuto come NGC 5679, sembrano quasi toccarsi in questa foto scattata dalla Wide Field Planetary Camera 2 di Hubble nell'aprile del 2009. In realtà osservando la forma ancora compatta dei bracci delle spirali, si può supporre si trovino ancora a una certa distanza e che lo "scontro" vero e proprio non sia ancora iniziato. In tutte e tre - anche in quella più piccola e compatta, a sinistra nell'immagine - sono evidenti tracce di formazione stellare (i "puntini" blu più brillanti). Un ammasso centrale di stelle evidenzia il nucleo di ogni galassia, mentre in rosa sono evidenziate le nebulose illuminate dalle stelle in formazione. L'intero gruppo si trova a 400 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione della Vergine.
Una spettacolare carrellata di collisioni galattiche (guarda)
Non è necessario che due galassie entrino in collisione per dare origine a nuove stelle. La scoperta dell'osservatorio spaziale agli infrarossi Herschel, diffusa a settembre, rivoluziona gran parte delle teorie sulla formazione stellare finora sostenute. Nell'Universo giovane, intorno a 10 miliardi di anni fa, alcune galassie vantavano un ritmo di formazione stellare anche 100 volte superiore a quello che oggi presenta la Via Lattea. Le analisi di Herschel, condotte attraverso le comparazioni della quantità di luce agli infrarossi rilasciata dalle varie galassie, hanno dimostrato che questo rating di formazione stellare dipendeva dall'ingente quantità di gas presente nelle galassie primordiali, e non da un maggior numero di collisioni galattiche. Sono le galassie più vicine, che hanno dato fondo alla maggior parte del proprio materiale gassoso, che devono ricorrere a scontri con le loro simili per dare origine a nuovi astri. Nell'immagine: una galassia accresce la propria massa attraverso getti di gas freddo, che le consentono di ottenere materia prima per alimentare le stelle in formazione. Si tratta di un'elaborazione grafica teorica basata su simulazioni numeriche.
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Foto: © Credits: ESA–AOES Medialab
Un turbinio di gas cosmici si muove all'interno di Abell 2052, un ammasso galattico situato a 480 milioni di anni luce dalla Terra. Le immagini di colore blu, dati ai raggi X registrati dal telescopio spaziale Chandra, mostrano le spire dinamiche di questi gas, mentre in oro sono visibili i dati ottici provenienti dal Very Large Telescope, che evidenziano le galassie. L'enorme spirale blu - estesa per almeno un milione di anni luce - visibile nell'immagine si è formata quando un piccolo cluster di galassie è andato a collidere con una galassia più grande, non lontana dalla galassia ellittica al centro della foto.
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Foto: © Image Credit: X-ray: NASA/CXC/BU/L.Blanton; Optical: ESO/VLT
Pentola a pressione. La luminosità non sfugge direttamente, ma viene assorbita dalla spessa coltre di polvere che lo circonda e che ri-irradia sotto forma di luce infrarossa. Questo processo, nel suo insieme, dà alla galassia una luminosità paragonabile a 350 milioni di milioni di stelle come il nostro Sole. La potente sorgente infrarossa ha un impatto diretto e violento sull'intera galassia. «Sospettiamo che la galassia sia in uno stadio di violenta trasformazione, proprio a causa dell'enorme quantità di energia infrarossa», commenta Peter Eisenhardt, capo scientifico del WISE al Jet Propulsion Laboratory della Nasa. Come una pentola a pressione pronta a scaricare tutta l'energia imprigionata.
Galassia Sombrero (M 104). A 28 milioni di anni luce da noi si trova uno degli oggetti celesti preferiti dagli astrofili di tutto il mondo: una galassia vista di taglio, simile nell'aspetto a un cappello messicano... delle dimensioni di 800 miliardi di Soli. Si pensa che l'interno di questo oggetto celeste ampio 50 mila anni luce ospiti un buco nero supermassiccio.
Foto: © : NASA, ESO , NAOJ, Giovanni Paglioli - Processing: R. Colombari
Le Antenne (NGC 4038/4039). Situata alla distanza "astronomica" di 45 milioni di anni luce, questa coppia di galassie interagenti è comunque il più vicino duo di galassie in collisione conosciuto. La loro interazione dura da centinaia di migliaia di anni e ha dato origine a regioni di intensa formazione stellare. Una scena analoga potrebbe ripetersi, tra tre miliardi di anni, per una realtà a noi più vicina: anche la Via Lattea (la nostra galassia) e Andromeda sono in rotta di collisione e promettono di scontrarsi e trapassarsi a vicenda per formare, infine, un'unica gigantesca galassia ellittica.
# altri incidenti galattici.
Foto: © NASA/ESA/Hubble Heritage/STScI/AURA
Galassia Sigaro (M 82). È la più vicina della lista: dista "solo" 11,5 milioni di anni luce da noi. Prende il nome dalla forma allungata che mostra all'osservazione (qui in diverse lunghezze d'onda catturate da Hubble, Chandra e Spitzer). Si tratta di una galassia starburst, un'intensa e operosa fucina di formazione stellare alimentata dall'interazione con la vicina M81, una galassia che la deforma con le sue forze mareali. L'attività di nursery stellare, insieme allo spettacolo di emissioni di gas a cui assistiamo, dovrebbero durare ancora per 100 milioni di anni.
Foto: © NASA/ESA/CXC/JPL-Caltech
Arp 273. Una "rosa" celeste che cogliamo da 350 milioni di anni luce di distanza. La forma a spirale della galassia visibile in alto, UGC 1810, è causata dall'attrazione gravitazionale di UCC 1813, in basso. Le aree in azzurro accolgono stelle giovani e calde.
# Vedi su Youtube questa coppia di galassie in 3D.
Foto: © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Galassia girandola (M 101). A 27 milioni di anni luce dalla Terra, è una delle galassie più brillanti del cielo ed è visibile anche con un semplice binocolo (per di più, per un osservatore terrestre si trova proprio posizionata in modo "frontale"). I suoi enormi bracci si estendono per 170 mila anni luce, due volte le dimensioni della Via Lattea, tanto grande che la sua attrazione gravitazionale distorce la forma di molte galassie vicine.
Foto: © NASA/ESA/STScI
I Zwicky 18. Questo oggetto blu acceso è una galassia nana a 59 milioni di anni luce da noi: di forma irregolare, è molto più piccola della Via Lattea ed è apparsa a lungo più giovane di quanto sia in realtà (tanto da essersi guadagnata il soprannome di "Dorian Gray" celeste - in riferimento al personaggio di Oscar Wilde ossessionato dall'eterna giovinezza). Mentre osservazioni compiute 40 anni fa lasciavano supporre che si fosse formata diversi miliardi di anni dopo le galassie circostanti, più recenti studi di Hubble hanno mostrato che l'oggetto celeste ha invece avuto un ritmo di formazione stellare anomalo: lento all'inizio, più intenso ora che la vediamo.
Foto: © NASA, ESA, and A. Aloisi (ESA & STScI)
NGC 1275. State assistendo a uno spettacolo avvenuto 230 milioni di anni fa, ma non per questo meno affascinante: il buco nero supermassiccio nascosto al centro di questa galassia provoca un'intensa emissione di raggi X che la fanno ricadere nella classificazione delle Galassie di Seyfert, galassie dai nuclei straordinariamente attivi e brillanti, alimentati da "motori" centrali (in questo caso, appunto, un buco nero).
Foto: © NASA/ESA/STScl
Galassia Girandola del Sud (M 83). Dista 15 milioni di anni luce ed è ben visibile anche con un binocolo. La vediamo "di faccia" e riusciamo ad apprezzarne le intense regioni di formazione stellare, come quelle che vediamo in questa foto ravvicinata, in cui il rosso indica astri "appena nati", alcuni dei quali formatisi da pochi milioni di anni (un'inezia in termini stellari).
Foto: © NASA/ESA/Hubble
M106. Il buco nero in questa galassia a spirale distante 23 milioni di anni luce sta mangiando l'intero contenuto stellare di M106, molto simile, nella forma ma non nell'inclinazione, alla nostra vicina, Andromeda.
Foto: © NASA/ESA/Hubble
M60-UCD1. In questa galassia nana distante 54 milioni di anni luce è concentrata una massa pari a 140 milioni di volte quella del nostro Sole, un numero che fa della piccola galassia uno dei sistemi più densi dell'Universo conosciuto. Al suo interno è presente un buco nero supermassiccio da 21 milioni di masse solari, pari al 15% della massa complessiva di M60-UCD1 (quello presente al centro della Via Lattea rappresenta lo 0,01% del totale della sua massa).
Foto: © NASA/ESA/CXC
NGC 6503. La più solitaria del gruppo - anche se non la più lontana - è la cosiddetta "Lost-in-Space galaxy", una galassia che non appartiene a nessun ammasso ed è gravitazionalmente isolata. Si trova a 18 milioni di anni luce dalla Terra, in una regione di Spazio denominata "Vuoto Locale", un'area adiacente al nostro Gruppo Locale in cui sono rilevabili poche galassie e nebulose.
Foto: © NASA/ESA/Hubble
La più lontana. Tutte le distanze riportate finora impallidiscono a confronto di quella di MACS1149-JD, situata a 13,2 miliardi di anni luce dalla Terra. Dato che l'Universo ha un'età stimata di 13,7 miliardi di anni, MACS1149-JD si sarebbe formata solo 500 milioni di anni dopo il Big Bang, quando il cosmo aveva il 3,6% della sua età attuale. Lo studio di galassie distanti come questa è fondamentale per svelare nuove informazioni sui mattoni costituenti dell'Universo.
H/t: BBC
Foto: © NASA, ESA, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), and the CLASH Team
