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Esplorando oltre la nostra galassia, per poter raggiungere i confini dell’universo conosciuto con misure percepibili, è necessario cambiare nuovamente scala rispetto al post precedente sulla Via Lattea. Lì, le distanze in gioco diventano quasi impossibili da comprendere appieno, sono sconvolgenti!

Consideriamo ora la nostra galassia della misura di 1 millimetro. Facciamo parte di un gruppo ‘locale’ di galassie composto da oltre un centinaio di galassie più piccole (di cui solo una di dimensioni significative, la Galassia del Triangolo, nota come M33, vedi Figura 1), e da una grande galassia a spirale molto simile alla nostra, Andromeda (Figura 2), che si trova a circa 2,5 cm di distanza. Andromeda è l’oggetto cosmologico più distante visibile a occhio nudo (vedi anche il mio post Riferimenti per profani: angoli nel cielo).

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Figure 1 – Galassia del Triangolo M33 (fonte: Nasa, Esa e M. Durbin, J. Dalcanton e B. F. Williams, University of Washington)

 

Figure 2 – Galassia di Andromeda (fonte: Westend61 via Getty Images)

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Andromeda è più estesa ma meno massiccia della nostra galassia. Si sta avvicinando a noi (o meglio, ci stiamo avvicinando l’uno all’altro) a circa 400.000 km/h, sulla nostra nuova scala, meno di quattro millesimi di millimetro (circa un centesimo dello spessore di un capello) in un milione di anni. In altre parole, tra 4-5 miliardi di anni le due galassie si fonderanno, sempre senza collisioni tra le stelle (lo abbiamo dimostrato qui, §1, non per i neofiti), e probabilmente si trasformeranno in una galassia ellittica gigante (come NGC 1600 in Figura 3) dopo qualche altro miliardo di anni. Tuttavia, recenti misurazioni del satellite Gaia* riducono la probabilità che questa fusione avvenga su scale temporali così ‘brevi’, sebbene sia inevitabile che accada.

* Il satellite Gaia è una missione astrometrica dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), lanciata nel 2013 per mappare la Via Lattea in 3D. Orbita attorno al punto di Lagrange L2 (vedi il mio post Il problema dei tre corpi e i cinque punti lagrangiani) e ha creato il catalogo stellare più preciso di oltre 2 miliardi di stelle intorno a noi, misurandone posizione, moto, luminosità e composizione chimica.

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Figura 3 – NGC 1600 ripresa dall’HST, ha un diametro di circa 120.000 anni luce, ovvero circa 1,2 mm sulla nostra scala (fonte: A. Quillen, University of Rochester, G. Bower, CSC/STScI, e G. Rieke, Steward Observatory/University of Arizona)

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Il Gruppo Locale di galassie (vedi lo schema 3D in Figura 4) ha un raggio di circa 3 cm alla scala adottata ed è circondato in modo ‘omogeneo’ da strutture simili. Ad esempio, in Figura 5 si considera un raggio di 33 cm alla stessa scala e in Figura 6 un raggio di circa 1,5 m. Procedendo in modo analogo, si può raggiungere il limite dell’universo osservabile (cioè prima che il redshift impedisca completamente la rilevazione delle sorgenti) che, alla scala adottata, può essere considerato a una distanza di poco superiore ai 4 metri.

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Figure 4 – Ammasso locale di galassie (fonte starwalk.space)

 

Figure 5 – Super ammasso della Vergine, con oltre 100 altri gruppi di alassie (fonte starwalk.space)

 

fonteFigure 6 – Il Superammasso Laniakea, che include almeno 100.000 galassie oltre alla nostra (fonte: starwalk.space)

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Abbiamo raggiunto il limite della teoria corrente del Modello Cosmologico Standard. È una teoria basata sulla creazione dal nulla in un Big Bang iniziale che è fortemente supportata dalle osservazioni ma che ha anche importanti lacune nello spiegare altre evidenze osservative.

 

Episodi precedenti:
Capire le misure: 3 – Via Lattea
Capire le misure: 2 – Sistema solare
Capire le misure : 1 – Earth and Moon

La Via Lattea è la nostra galassia: una struttura legata gravitazionalmente che include circa 100 miliardi di stelle e un’enorme quantità di gas (essenzialmente idrogeno atomico), con una forma approssimativa di un disco rotante, che, ovviamente, possiamo solo immaginare e non vedere realmente, dato che ci troviamo al suo interno (la nostra vista verso il centro galattico è nota, vedi Figura 1, anche se è sempre più difficile da osservare, a causa dell’inquinamento atmosferico, in particolare luminoso). Vedi Figura 2 per una foto di un esempio simile. Le stelle, il gas e la polvere che compongono il disco ruotano nel senso che orbitano attorno al nucleo centrale approssimativamente sferico (il bulge), che invece non ruota (le sue stelle hanno moti caotici).

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Figure 1 – La Via Lattea vista dalla Terra (mia foto)

 

Figura 2 – Esempio di una galassia simile alla Via Lattea: NGC 6744, ripresa presso l’Osservatorio di La Silla dell’Osservatorio europeo australe in Cile (fonte: ESO)

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Per comprendere le dimensioni, è necessario cambiare nuovamente scala rispetto al post precedente sul Sistema Solare: le quantità in gioco diventano sempre più difficili da ‘cogliere’. Abbiamo visto che la luce del Sole impiega circa 4 ore per raggiungere Nettuno, il pianeta più esterno del Sistema Solare. La stella più vicina a noi è Proxima Centauri (una nana rossa in un sistema stellare triplo), a circa 4 anni luce di distanza. Scegliamo quindi l’anno luce come unità di misura per questa nuova scala di distanza, immaginando 1 anno luce pari a 1 millimetro. Proxima Centauri si trova quindi a circa 4 mm dal Sole (naturalmente, poiché la differenza è di pochi minuti luce rispetto ai 4 anni luce, la Terra e il Sole attorno a cui orbita la Terra possono essere considerati essenzialmente alla stessa distanza).

Tutte queste stelle orbitano attorno al nucleo, ma hanno anche i loro moti indipendenti, che sono privi di collisioni (lo abbiamo dimostrato qui, §1, non per principianti), un fatto notevole dato il numero di corpi, e in contrasto, ad esempio, con un insieme di molecole di gas in un contenitore, che invece subiscono collisioni continue (che ne determinano la pressione e la temperatura). Ma rispetto a un gas, le distanze tra i componenti in una galassia sono immensamente maggiori.

Nella nuova scala che abbiamo adottato, il raggio del disco galattico è di circa 105 metri (circa 105.000 anni luce) e la nostra posizione è a circa 26 metri dal centro. Nella Figura 3, il disegno delinea schematicamente una possibile configurazione e le relative proporzioni. La nostra velocità lineare è di circa 790.000 km/h e completiamo un’orbita in circa 250 milioni di anni, quindi, sulla nostra scala, nonostante la velocità folle, ci spostiamo solo di circa 1,5 cm in mille anni, in questo disco di 105 metri di raggio. Da quando il Sole e la Terra si sono formati, circa 4,5 miliardi di anni fa, abbiamo compiuto circa 18 rivoluzioni attorno al nucleo galattico.

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Figura 3 – disegno schematico della Via Lattea e delle sue proporzioni (i gas oltre il limite stellare non sono disegnati ma sono gravitazionalmente rilevanti; fonte: starwalk.space)

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Il disco della nostra galassia è costituito da diversi bracci, dove la concentrazione di stelle è maggiore, e da una componente più rettilinea che ha origine dal nucleo centrale, da cui si diramano i bracci, come schematizzato nella Figura 3. Una galassia di questo tipo è chiamata ‘spirale barrata’ e la sua forma, vista di taglio, è simile all’esempio della Figura 4. In un prossimo post parleremo del buco nero centrale e delle regioni di formazione stellare.

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Figura 4 – Esempio di una galassia a spirale vista di taglio, ESO 121-6 (fonte: HST di ESA/Hubble e NASA)

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Come osservazione finale, si noti che quasi tutte le stelle visibili a occhio nudo appartengono al vicinato stellare locale del Sole, come evidenziato nella Figura 3. Si tratta di una regione minuscola rispetto alle dimensioni dell’intera Via Lattea. La maggior parte delle altre stelle della Galassia sono troppo deboli e/o troppo oscurate dalla polvere interstellare per essere viste individualmente, e contribuiscono invece al bagliore diffuso della Via Lattea: una miscela di milioni o miliardi di stelle irrisolte.

 

Prossimo episodio:
Capire le misure: 4 – Ammassi di galassie e oltre

Episodi precedenti:
Capire le misure: 2 – Sistema solare
Capire le misure : 1 – Earth and Moon