Questa storia è apparsa nel numero di giugno 2020 come “Un universo di galassie.”Iscriviti a Discover magazine per altre storie come questa.
La sera di ottobre. 4, 1923, vicino a Los Angeles, un giovane astronomo salì sulla sua auto e iniziò un trekking motorizzato fino al Monte Wilson. Lì, arrivò all’osservatorio che ospitava il telescopio Hooker da 100 pollici, all’epoca il più grande telescopio del mondo.,
Edwin Hubble era un astronomo del quarto anno a Mount Wilson; gli piaceva usare il telescopio Hooker perché era interessato, tra le altre cose, allo studio delle nebulose a spirale.”Queste misteriose nuvole di gas erano sparse nel cielo e nessuno capiva la loro natura. Nei primi giorni del 1920, Hubble si era assegnato il compito di capirli.
Puntò il grande telescopio verso il suo oggetto preferito: la nebulosa di Andromeda, M31. Questa nuvola a forma di spirale è debolmente visibile ad occhio nudo sotto un cielo limpido e senza luna., Ha poi catturato la sua immagine su una lastra fotografica. Hubble era entusiasta del risultato. Su di esso, ha trovato una sospetta nova, una stella che esplode. La notte successiva, fotografò di nuovo M31, sperando di catturare la nova e registrarla con una migliore stabilità atmosferica. Il secondo piatto ha effettivamente registrato la nova, ma poco sapeva, aveva anche catturato un piatto che sarebbe diventato leggendario nella storia della scienza.,
Il suo tempo di osservazione è finito, è tornato nel suo ufficio per analizzare il pescato. Improvvisamente, Hubble fece una realizzazione sorprendente: la nova non era affatto una nova, ma un particolare tipo di stella che cambiava la sua luminosità, una variabile Cefeide. Controllando le targhe precedenti, fu in grado di confermarlo, e si rese conto che la debolezza della stella aveva implicazioni incredibili.,
La stella, e la nebulosa che la circondava, devono trovarsi a una distanza di un milione di anni luce-tre volte più grande di quanto chiunque all’epoca credesse che fosse la dimensione dell’intero universo. Oggi, grazie a misurazioni migliorate, gli astronomi sanno che l’oggetto dista 2,5 milioni di anni luce.
Aiutato in parte dal precedente lavoro svolto da Vesto M. Slipher e dal suo collega, Milton Humason, Hubble aveva subito scoperto che l’universo era molto più grande di quanto chiunque avesse creduto, e che le nebulose a spirale come Andromeda erano in realtà galassie lontane., Erano interi sistemi di stelle e gas, separati dalla nostra Via Lattea da una lunga escursione.
All’Osservatorio Lowell dell’Arizona, già nel 1912, Slipher aveva registrato le velocità apparenti delle nebulose a spirale e, con il lavoro ora svolto da Hubble, era chiaro che l’universo si stava espandendo — le galassie volavano l’una dall’altra nel tempo. L’universo non era solo molto più grande di quanto chiunque avesse creduto in precedenza, ma stava crescendo col passare del tempo.,
Nel 1929, gli astronomi avevano messo insieme un quadro cosmico del passato., Se hai tracciato le storie di molte delle galassie all’indietro nel tempo, significa che il cosmo è iniziato con un punto piccolo, infinitamente denso alla sua origine. Questa ricerca è stata un’estensione del lavoro originariamente fatto dall’astronomo belga Georges Lemaître. Gli astronomi hanno capito questo punto di origine cosmica, in seguito chiamato Big Bang, come l’inizio dell’universo, e, hanno calcolato, deve essere avvenuto miliardi di anni fa. Il Big Bang aveva iniziato l’espansione che stava allontanando tutte le galassie l’una dall’altra con il passare del tempo. L’intero universo sembrava volare a pezzi.,
Nel 1930, Hubble iniziò a studiare e classificare le galassie nei loro vari cosiddetti tipi morfologici, la matrice di strutture che gli astronomi vedevano nelle fotografie. Alla fine ha assemblato i tipi di galassie che ha osservato in un diagramma a forma di diapason. Conteneva galassie a spirale, galassie a spirale barrate-spirali contenenti una “barra” lineare di materiale che passava attraverso i loro centri-galassie lenticolari (a forma di lente) e galassie ellittiche. Ha anche identificato galassie irregolari, nuvole di stelle e gas che mancavano di una forma organizzata., Più tardi, gli astronomi avrebbero identificato galassie peculiari, sistemi che sembravano essere distrutti da eventi esplosivi o dirompenti. Hanno anche identificato una classe di galassie chiamate sferoidali nane, che sembravano essere numerose nell’universo locale.
Nel 1950, l’astronomo francese Gérard de Vaucouleurs dell’Università del Texas aveva ampliato lo schema di classificazione di Hubble in un sistema più complesso che teneva conto di molte proprietà osservate delle galassie., De Vaucouleurs ha prodotto una trama pseudo-tridimensionale che mostra le relazioni delle galassie, soprannominata “Limone cosmico” per la sua forma. De Vaucouleurs includeva dettagli sulle barre nelle galassie, descrizioni di anelli di materia visibili in esse e una valutazione di come i bracci a spirale di una galassia fossero avvolti liberamente o strettamente. Ha anche incluso dettagli valutativi sulla natura delle galassie irregolari e peculiari.
L’ultima generazione di astronomia extragalattica si è spostata in analisi molto più sofisticate della catalogazione., Usando il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno stimato che circa 100 miliardi di galassie devono esistere nel cosmo. E il numero potrebbe essere molto maggiore di quello. Probabilmente circa 2 trilioni di galassie esistevano nell’universo primordiale, ma sembra chiaro che le galassie vicine l’una all’altra sono disegnate insieme dalla gravità e si combinano nel tempo cosmico. Nonostante l’espansione universale, quindi, le galassie normali come la Via Lattea sono probabilmente fatte di dozzine o più protogalassie che si sono fuse in sistemi più grandi., Potete vedere queste macchie primitive di materia, protogalassie bluastre, nell’universo primordiale all’interno delle immagini Hubble Ultra Deep Field.
La nostra Galassia
Mentre gli astronomi hanno studiato un numero maggiore di galassie negli ultimi decenni, hanno scoperto molte cose, ma una cosa che è impossibile ignorare è che l’universo è incredibilmente grande. Se guardi una galassia nell’oculare del tuo telescopio stasera, i fotoni che colpiscono il tuo occhio hanno viaggiato alla velocità più veloce che ci sia – 186.000 miglia al secondo (300.000 chilometri al secondo). Tuttavia, hanno impiegato 2,5 milioni di anni a quella velocità per raggiungerci dalla Galassia di Andromeda., E quell’oggetto è quasi alle nostre porte cosmiche. Naturalmente, la conoscenza della nostra galassia, in senso primitivo, risale all’antichità. Il nome Via Lattea deriva dal latino via lactea, che deriva dall’idea originale, il termine greco, galaxías kýklos, “cerchio latteo.”La banda della Via Lattea visibile nel nostro cielo, più prominente nelle sere estive e invernali, è la luce irrisolta di miliardi di stelle che si trovano lungo il piano della nostra galassia.,
Ma solo negli ultimi decenni siamo arrivati a capire che la Via Lattea è una delle 100 miliardi di galassie dell’universo e che il suo disco si estende per circa 100.000 anni luce. Contiene circa 400 miliardi di stelle, anche se non sappiamo esattamente quante perché le stelle nane sono deboli e difficili da vedere su lunghe distanze. Per decenni, gli astronomi hanno creduto che la Via Lattea fosse una semplice galassia a spirale., Ma gli studi di questo secolo hanno dimostrato che la Via Lattea è una spirale sbarrata, e che il nostro sole e il nostro sistema solare si trovano a circa 26.000 anni luce dal centro, in uno dei bracci della galassia.
La Via Lattea consiste in un disco luminoso, un piatto di stelle e gas che gira lentamente che contiene la maggior parte delle stelle che vediamo. Il nostro sole orbita attorno al centro della galassia una volta ogni 220 milioni di anni, il che significa che abbiamo ruotato attorno al centro galattico circa 20 volte dalla formazione del sistema solare. Lontano, nel centro della galassia, si trova un buco nero supermassiccio contenente circa 4.,3 milioni di volte più massa del sole. Negli ultimi tempi, gli astronomi hanno scoperto che i buchi neri supermassicci nei centri delle galassie sono la norma. Quasi tutte le galassie, ad eccezione dei nani, li hanno.
Il disco della galassia è incapsulato da un alone di un piccolo numero di stelle, insieme a enormi sfere di stelle antiche chiamate ammassi stellari globulari e una grande busta di materia oscura. Gli astronomi non sanno ancora in cosa consiste la materia oscura, ma sanno che è lì a causa dell’influenza gravitazionale che ha sulla materia visibile che possono osservare.,
Il Gruppo locale
La Via Lattea non è affatto sola nel cosmo. Appartiene ad un gruppo di almeno 54 oggetti chiamato il Gruppo locale di galassie, un nome che Hubble ha dato a questa nube locale di oggetti mentre mappava il cosmo vicino. I membri principali del Gruppo Locale sono la Via Lattea, la Galassia di Andromeda e la Galassia Girandola (M33). Ma ognuna di queste tre grandi spirali ha anche una nuvola di galassie., I satelliti della Via Lattea includono le Grandi e Piccole Nubi di Magellano, visibili ad occhio nudo nell’emisfero australe, e molte galassie nane. Il diametro del Gruppo Locale è di circa 10 milioni di anni luce, circa 100 volte il diametro della Via Lattea.
E spostandoci verso l’esterno nell’universo più profondo, incontriamo altri esempi di quei 100 miliardi di galassie. Queste maestose isole di stelle e gas esistono in gruppi, come il nostro Gruppo locale, ma anche in assemblaggi più grandi chiamati ammassi e molto grandi chiamati superclusters., Nonostante l’espansione generale dell’universo, il che significa che la maggior parte delle galassie si sta allontanando l’una dall’altra man mano che il cosmo cresce, la gravità mantiene un numero minore di galassie legate l’una all’altra durante i loro viaggi. Il nostro gruppo locale, ad esempio, è un membro del cosiddetto Ammasso di galassie Virgo, chiamato così perché il suo centro riccamente popolato si trova nella costellazione della Vergine nel nostro cielo.
L’Ammasso della Vergine contiene almeno 1.500 galassie ed è centrato a circa 54 milioni di anni luce dalla Terra., È possibile vedere alcune delle galassie più luminose vicino al nucleo dell’Ammasso della Vergine in telescopi amatoriali, in un array chiamato Catena di Markarian. Questa linea di galassie contiene galassie ellittiche supermassicce come M84 e M86, e anche una varietà di galassie a spirale. Per gli astronomi del cortile, questo parco giochi di tipi di galassie è una delle zone davvero estasianti del cielo, ed è meglio visibile nelle sere primaverili in condizioni limpide e senza luna.
La maggior parte delle galassie dell’Ammasso della Vergine contiene buchi neri supermassicci nei loro centri. M87 è piuttosto un esempio., Mentre il buco nero centrale della Via Lattea pesa 4,3 milioni di masse solari, il colossale buco nero all’interno di M87 contiene una massa stimata da 5 miliardi a 7 miliardi di soli, circa 1.000 volte più massiccia della nostra. M87 è una delle galassie più grandi della nostra parte dell’universo — è una cosiddetta galassia cD, abbreviazione di dominante centrale-e ha “mangiato” molte delle galassie più piccole che una volta la circondavano. Questo è ciò che fanno le galassie massicce: consumano i loro partner di vicinato.,
Superclusters
Un ammasso contenente 1.500 galassie è una cosa, ma esistono anche assemblaggi di galassie molto più grandi. Lo stesso Ammasso della Vergine è un membro del cosiddetto Supercluster della Vergine, che contiene migliaia di galassie su una scala di un ordine di grandezza più grande ancora. Il Supercluster della Vergine contiene la nostra Via Lattea, il Gruppo locale, l’Ammasso della Vergine e complessivamente circa 100 gruppi e ammassi di galassie., Questa struttura incredibilmente grande si estende per circa 110 milioni di anni luce ed è uno dei circa 10 milioni di supercluster che compongono l’intero cosmo.
Nonostante l’enorme numero di galassie esistenti nel Supercluster Virgo, gli astronomi ora sanno che la maggior parte dello spazio in questo volume è essenzialmente vuoto. I diametri di questi grandi vuoti vanno da decine a centinaia di milioni di anni luce. Catene filamentose di galassie si snodano intorno agli spazi bui e vuoti., Su grandi scale, le galassie in ammassi e superclusters sono come bolle di sapone, con galassie che ricoprono le superfici e i vuoti che si trovano in mezzo.
Alla fine degli anni 1980, gli astronomi avevano identificato la Grande Muraglia, un foglio di galassie che misurava 500 milioni di anni luce. Più recentemente, lo Sloan Digital Sky Survey ha scoperto la Grande Muraglia Sloan, un insieme di galassie di almeno il doppio della Grande Muraglia, che copre una dimensione lunga di circa 1,4 miliardi di anni luce.,
Mentre gli astronomi scoprivano galassie sempre più lontane, scoprirono che una grande massa sembrava tirare sull’universo locale, tirandoci in direzione delle costellazioni meridionali Triangulum Australe e Norma. Chiamato il Grande Attrattore, questa anomalia, a circa 200 milioni di anni luce di distanza, ha perplesso gli astronomi. Alla fine hanno scoperto che una massa ancora più grande in quella direzione ci stava tirando. Questa gigantesca struttura, chiamata Shapley Supercluster, dista 650 milioni di anni luce e contiene la più grande concentrazione di galassie nella nostra parte locale del cosmo.,
The Big Picture
Si sono verificate anche ulteriori scoperte sorprendenti., Nel 2014, gli astronomi hanno identificato un nuovo supercluster basato sui moti relativi delle galassie analizzati in modo più sofisticato che mai. Università di Hawai’i astronomi hanno concluso che il Laniakea Supercluster esiste, e lo ha chiamato dopo la parola hawaiana per ” immenso cielo.”
Laniakea, che a volte è anche chiamata Supercluster locale, contiene circa 100.000 galassie, incluso il Gruppo Locale e la Via Lattea. Questo massiccio ammasso e tutti i suoi membri viaggiano insieme nello spazio, ma non tutte le galassie al suo interno sono legate gravitazionalmente., Alcuni si scheggiano a parte il resto del cluster come il tempo rotola su.
Il Supercluster Laniakea ha quattro componenti principali: il Supercluster Virgo, il Supercluster Hydra — Centaurus, il Supercluster Pavo-Indo e il Supercluster Meridionale.
Complessivamente, Laniakea contiene circa 500 ammassi e gruppi di galassie. E intorno a Laniakea nell’universo locale ci sono altri supercluster di galassie: il Supercluster Shapley, il Supercluster Hercules, il Supercluster Coma e il Supercluster Perseo-Pesci., Ognuna di queste strutture contiene centinaia di ammassi di galassie e sono collegate da una rete di strutture cosmiche simile a quella dei tessuti.
A partire dal 1980, gli astronomi hanno trovato prove di strutture anche più grandi dei superclusters. In un primo momento, gli oggetti ora chiamati Grandi gruppi Quasar (LQG) sconcertato astronomi.
Nel 1982, l’astronomo scozzese Adrian Webster scoprì quello che sarebbe diventato noto come il Webster Large Quasar Group, una raccolta di cinque quasar, o che alimentava attivamente buchi neri, che si estendeva per oltre 330 milioni di anni luce. Ora, quasi due dozzine di LQG sono noti., Una struttura nota come Enorme LQG contiene 73 quasar su un diametro di circa 4 miliardi di anni luce. Questa struttura massiccia, respinto da alcuni astronomi, può tenere il titolo come la più grande collezione di materia correlata nel cosmo.
Veramente, l’universo è così grande che è difficile da comprendere. Da un lato, l’enormità dell’universo ci fa sentire piccoli. Le nostre brevi vite accadono così rapidamente, e noi strizziamo l’occhio, per lo più inconsapevoli del cosmo incredibilmente grande che ci circonda., Ma il fatto che siamo senzienti, che possiamo meditare le stelle e le galassie lontane da noi, rende la vita nell’universo una cosa davvero sorprendente. E stiamo appena iniziando a conoscere l’immenso mondo delle galassie.
David J. Eicher è l’editore di Astronomia. Il suo libro del 2020, Galaxies: Inside the Universe’s Star Cities, è disponibile presso il mio negozio di scienze.
