Finora, era opinione comune che le fusioni tra galassie solitamente si concludessero con la formazione di galassie ellittiche. Ora, per la prima volta, grazie ai dati raccolti da ALMA (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array) e tutta una serie di altri radiotelescopi, sono state trovate le prove dirette che le galassie in fusione possano invece dare origine a delle galassie a disco, e che questo risultato sia di fatto molto comune. Questa per certi versi sorprendente conclusione potrebbe spiegare perché nell'Universo osservabile le galassie a spirale, come la nostra Via Lattea, siano molto più numerose di quelle ellittiche.
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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Una gallery dedicata ai più spettacolari scontri galattici!
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
Frittelle spaziali. Un gruppo di ricerca internazionale coordinato da Junko Ueda, un ricercatore giapponese della Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), ha sorprendentemente osservato che la maggior parte delle collisioni di galassie nell'Universo vicino - a una distanza compresa tra i 40 e i 600 milioni di anni-luce dalla Terra - si conclude con la formazione di galassie a disco. Tali galassie – comprese quelle a spirale come la Via Lattea e le galassie lenticolari - sono definite da regioni di polvere e gas a forma di “frittella”, e sono distinte dalla categoria delle galassie ellittiche.
Mi fondo e cambio forma. Per molto tempo era comunemente accettato che le galassie a disco in fusione formassero, alla fine, una galassia di forma ellissoidale. Durante questi violenti incontri le galassie non solo si fondono tra di loro, ma mutano anche la loro forma nel tempo e quindi nel corso del processo cambiano tipologia.
Simulazioni al computer risalenti agli anni '70 hanno mostrato che la fusione di due galassie a disco di massa paragonabile si conclude con la formazione di una galassia ellittica. Le simulazioni, inoltre, predicono che la maggior parte delle galassie oggi siano ellittiche, in conflitto con le osservazioni che mostrano che più del 70% delle galassie che si osservano sono di fatto di forma ellissoidale. Tuttavia, simulazioni più recenti hanno suggerito che le collisioni possano anche formare galassie a disco.
Il gas e le collisioni. Per identificare la forma finale delle galassie dopo la fusione, il gruppo ha studiato la distribuzione di gas in 37 galassie che si trovano nelle fasi finali della loro fusione. Oggetto delle osservazioni è stata l’emissione del monossido di carbonio (CO), una molecola abbondante nei dischi delle galassie e che fa anche da marcatore per le altre molecole, che ha permesso di determinare l’abbondanza di gas presente in questi oggetti frutto delle collisioni galattiche.
Questa ricerca costituisce il più grande studio di gas molecolare nelle galassie condotta fino a oggi e fornisce indicazioni uniche sulla formazione di oggetti come la Via Lattea. Questo studio rivela che il risultato finale di quasi tutte le fusioni mostra una distribuzione a forma di “frittella” del gas molecolare, e quindi si tratta di galassie a disco in formazione. Un risultato quindi in accordo con le conclusioni delle recenti simulazioni al computer.
Ciononostante, rimane molto da scoprire. Sappiamo, infatti, che la maggior parte delle galassie nell'Universo lontano mostrano una distribuzione del gas di forma a disco. Non sappiamo, però, se responsabili di questa morfologia siano le collisioni oppure se essi si siano formati dal gas freddo che gradualmente cade nella galassia. E’ probabile comunque che il meccanismo sia generale e applicabile attraverso tutta la storia dell'Universo.
A 250 milioni di anni luce da noi sta avvenendo un drammatico incidente, ma è troppo lontano affinché ce ne rendiamo conto. Fortunatamente a immortalarlo per noi ci ha pensato Hubble: l' "occhio" dell'osservatorio orbitante ha fotografato NGC 2623 secondo diverse prospettive, e le immagini sono state magistralmente assemblate dall'astrofilo australiano Martin Pugh nell'ambito del progetto Hubble Legacy Archive per l'ottimizzazione online delle foto scattate da Hubble.
NGC 2623 è il risultato dell'incontro tra due galassie probabilmente a spirale che avvicinandosi - ma non scontrandosi frontalmente - hanno subito l'influenza delle rispettive gravità: dalla loro interazione sono nate due "code", lunghe 50 mila anni luce prodotte dalla forza di marea esercitata dai rispettivi campi gravitazionali.
Foto: © Image credit: NASA/ESA/Hubble/Martin Pugh
Per avere un'idea della forma originaria delle due galassie protagoniste dello scontro basta osservare la Via Lattea (qui in un'illustrazione artistica che evidenzia anche la posizione del Sole al suo interno), anch'essa una galassia a spirale. Lo scontro tra due colossi stellari come questi non è mai tenero: tipicamente una galassia è formata da miliardi di stelle ed enormi nubi di gas. Entrando in collisione, i rispettivi accumuli di gas si comprimono dando origine alla formazione di nuove stelle molto calde, che brillano di blu nelle immagini. Datando queste stelle è stato possibile risalire alla data dell' "impatto", che ha dato origine a NGC 2623: è iniziato circa 100 milioni di anni fa. Un'inezia, in termini astronomici.
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Uno spettacolare video in time-lapse della Via Lattea
Viaggio al centro della nostra galassia (guarda)
Foto: © R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA
Al centro della collisione il caos regna sovrano: enormi archi di gas creati dalle forze gravitazionali, le nursery di formazione stellare emanano bagliori bluastri e formano nubi rosse di polveri stellari. Guardate bene quest'immagine perché è questa la fine che farà, tra quattro miliardi di anni circa, la nostra galassia, diretta verso la colossale vicina Andromeda alla velocità di centinaia di chilometri al secondo.
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Il tesoro nascosto di Hubble: foto d'archivio rimesse a nuovo
Foto: © NASA/ESA/Hubble/Martin Pugh
Ormai è certo: la Via Lattea e la galassia di Andromeda sono in rotta di collisione. Anche le ultime osservazoni del telescopio spaziale Hubble confermano che le due galassie si stanno avvicinando l'una all'altra a una velocità impressionante e l'impatto è previsto tra circa 4 miliardi di anni.
Questa rappresentazione artistica, realizzata sulla base delle simulazioni sinora effettuate, raffigura il cielo visto dalla Terra in un futuro lontano, quando le parti centrali delle due galassie inizieranno a distruggersi a vicenda durante un gigantesco scontro, che porterà alla formazione di un'unica enorme galassia ellittica.
Nel suo blog “Una finestra sull'Universo” Mario di Martino, astronomo presso l’Osservatorio Astrofisico di Torino (Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF), illustra la spettacolare sequenza dello scontro vista dalla Terra, oltre a un filmato della NASA con la simulazione al computer di ciò che avverrà.
Collisioni spaziali: i più spettacolari scontri tra galassie inviati da Hubble.
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Foto: © NASA, ESA, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), and A. Mellinger
