Le galassie si sono formate, si sono evolute, ed evolveranno ancora. Hanno cambiato aspetto, luminosità e colore. Si perché le galassie non cambiano solo la loro forma, ma anche il colore e la luminosità.
Per capire come si sono evolute le galassie dall'universo antico fino ad oggi, i cosmologi ne osservano esemplari a distanze differenti, cioè in diverse ere cosmiche.
In questo modo vediamo com'erano le prime galassie e quelle nelle epoche successive fino ad arrivare all’universo locale: quello odierno, fino a 200 o 300 milioni di anni fa.
La distanza tra galassie si misura grazie al redshift (wikipedia) e al “parametro z”, che è tanto più alto quanto è più lontana la galassia osservata.
Una galassia che ha inviato la sua luce 1 miliardo di anni, ha un redshift con z poco minore di 0,10.
Una galassia che ha inviato la sua luce 5 miliardi di anni fa ha un redshift di z=0,5. Uno z=1 equivale a 7,7 miliardi di anni fa, uno z=4 a 12 miliardi di anni fa e uno z=10 a poco meno di 13,2 miliardi di anni fa.
Dal punto di vista della forma, le galassie cambiano assumendo alcune delle forme rappresentate nel celebre diagramma di Hubble, che le classifica da sinistra a destra come ellittiche, lenticolari, a spirale e irregolari.
Attenzione però, non ne descrive l’evoluzione. Questo è un malinteso comune.
L'intento di Edwin Hubble non era rappresentare l’evoluzione delle galassie ma soltanto catalogarle in uno schema in base al loro aspetto.
Anche perché Hubble poteva osservare solo galassie nell’universo locale e quindi appartenenti alla nostra era. Non aveva idea di come fossero galassie più antiche, il suo redshift non arrivava neanche a 0,5.
Oggi invece, con i telescopi spaziali Hubble e James Webb possiamo vedere galassie antichissime.
I cosmologi sono ormai convinti che le galassie si siano formate seguendo il modello di “raggruppamento gerarchico”.
In questo modello le galassie si sono formate circa 12 miliardi di anni fa, un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Erano protogalassie molto piccole, irregolari, senza spirali e senza dischi, con diametri non superiori ai 2.000 anni luce, e con masse simili a quelle degli attuali ammassi globulari.
La Via Lattea per fare un paragone ha un diametro di 200.000 anni luce, 100 volte più grande.
La velocità con la quale generarono le stelle, ha avuto un ruolo fondamentale nel determinare la forma in cui si sono evolute queste giovani protogalassie nelle ere successive.
Le protogalassie che hanno formato stelle a ritmo sostenuto, hanno mantenuto una forma più o meno sferica diventando galassie ellittiche.
Nel tempo si sono fuse con altre galassie, divorandole, e sono diventate le galassie ellittiche giganti che vediamo oggi.
La celebre galassia M87 con i suoi 13,2 miliardi di anni e il primato di galassia più grande dell'universo locale, è un esempio di queste ellittiche primordiali giganti.
Nelle protogalassie invece che hanno generato stelle ad un ritmo più lento, una grande quantità di gas rimase tale per molto tempo, si depositò sul piano galattico, e formò un disco a causa della rotazione della protogalassia.
L’aspetto finale è quello di una galassia a disco con un bulbo stellare in mezzo ad un vasto disco gassoso.
Queste galassie non esistono nel diagramma di Hubble e non vanno confuse con le galassie lenticolari di tipo S0 che invece hanno un disco pieno di stelle.
Poi il gas nei dischi di queste galassie iniziò a ruotare, e successivamente a causa di perturbatori gravitazionali, si formarono le spirali: così le galassie a disco si sono evolute in galassie a spirale.
Sei miliardi di anni fa, quando l’universo aveva la metà dell’età attuale, il 52% delle prime galassie erano galassie irregolari, il 31% galassie a spirale, il 13% a disco e soltanto il 4% erano ellittiche.
Un altro ruolo importante nell’evoluzione delle galassie è costituito dalle fusioni.
Durante la fusione le galassie assumono forme strane ed irregolari ma il risultato finale dipende dalle dimensioni delle galassie coinvolte.
Se le galassie in collisione hanno la stessa dimensione, il risultato è quasi sicuramente una galassia ellittica, al di là della forma dei due esemplari.
Se invece una galassia più piccola entra in collisione con una più grande, molto probabilmente entrerà a far parte della più grande lasciando a quest’ultima la sua forma.
La Via Lattea, ad esempio, sta divorando una galassia nana: la galassie ellittica del Sagittario. Questa piccola galassia ha una
massa appena 1/10.000 di quella della Via Lattea, e nonostante sia già entrata e uscita diverse volte da essa, la forma della nostra galassia sembra non accorgersene nemmeno.
D'altra parte la Via Lattea si fonderà con la vicina galassia di Andromeda, che ha una massa e una dimensione paragonabile alla sua. Il risultato sarà una galassia ellittica gigante.
Nell'universo locale troviamo spesso enormi galassie ellittiche isolate: sono i resti di piccoli gruppi di galassie che hanno finito con il fondersi completamente.
Ci sono anche casi di galassie isolate a spirale, che non hanno galassie vicine con la quale fondersi, oppure sono accompagnate solo da piccoli esemplari che divoreranno senza cambiare la propria forma.
Ma alla fine anche loro cambiano aspetto a mano a mano che consumano il loro gas.
A questo punto il tasso di formazione stellare cessa e i bracci a spirale diventano gradualmente meno evidenti dando origine a galassie lenticolari: le galassie S0 del diagramma di Hubble.
Un esempio di queste galassie è rappresentato da NGC 4866 nella costellazione della Vergine, o dalle galassie NGC 1533 e IC 3328.
Oggi, nell’universo locale, l’Esa stima che le galassie a spirali sono diventate ben il 72%, e quelle irregolari solamente il 10%. il 3% sono ellittiche, mentre il 15% iniziano ad essere lenticolari.
Dal punto di vista del colore, le galassie sono cambiate in base all'età delle loro stelle.
Le galassie irregolari ed ellittiche, nell’universo antico avevano un colore vicino al blu perché contenevano stelle giovani e calde, di colore blu e molto grandi.
Un esempio di queste stelle è Sirio, la stella più luminosa del cielo.
Se per assurdo fossimo stati in una di queste galassie, il nostro cielo notturno sarebbe stato affollato di stelle come Sirio o ancora più luminose.
Oggi queste galassie sono arancioni, perché le stelle azzurre sono invecchiate e si sono raffreddate, assumendo un colore arancio rossastro. Oppure sono morte e i loro resti hanno dato vita a stelle più fredde, anch’esse di colore arancio rosso.
Anche le galassie a spirale, avevano un bulbo azzurro, ricco di stelle giovani e calde.
E anche i bulbi, oggi sono diventati più gialli arancioni a causa dell’invecchiamento e del riciclo stellare.
I dischi e le spirali però, che un tempo erano prevalentemente gassosi, oggi stanno generando nuove stelle, calde e azzurre, e quindi sono azzurri.
Anche la luminosità delle galassie nel tempo cambia ed è cambiata in base alle stelle ospitate
Le prime galassie irregolari non erano molto luminose. Anche se contenevano stelle blu molto calde, gli esemplari erano pochi e predominava l’idrogeno primordiale.
Le cose sono cambiate con le prime fusioni galattiche, che hanno smosso e compresso il gas generando i primi starburst.
Ecco allora che le prime galassie ellittiche divennero estremamente luminose
Le prime galassie a disco invece, le progenitrici delle attuali spirali, erano meno luminose, perché le stelle erano concentrate solo nel bulbo e nel disco predominava ancora il gas.
Quando questo gas iniziò a dare vita alle spirali e alle stelle, allora anche la luminosità di queste galassie iniziò ad aumentare, rimanendo però un passo indietro rispetto alle ellittiche.
Ancora oggi, nell’universo locale, i rapporti di luminosità sono rimasti uguali: le galassie ellittiche sono molto più luminose di quelle a spirale.
Oggi però le galassie ellittiche sono meno luminose di un tempo, sempre per via del fatto che le loro stelle sono più fredde e meno luminose.
In questo modo vediamo com'erano le prime galassie e quelle nelle epoche successive fino ad arrivare all’universo locale: quello odierno, fino a 200 o 300 milioni di anni fa.
La distanza tra galassie si misura grazie al redshift (wikipedia) e al “parametro z”, che è tanto più alto quanto è più lontana la galassia osservata.
Una galassia che ha inviato la sua luce 1 miliardo di anni, ha un redshift con z poco minore di 0,10.
Una galassia che ha inviato la sua luce 5 miliardi di anni fa ha un redshift di z=0,5. Uno z=1 equivale a 7,7 miliardi di anni fa, uno z=4 a 12 miliardi di anni fa e uno z=10 a poco meno di 13,2 miliardi di anni fa.
Evoluzione della forma
Dal punto di vista della forma, le galassie cambiano assumendo alcune delle forme rappresentate nel celebre diagramma di Hubble, che le classifica da sinistra a destra come ellittiche, lenticolari, a spirale e irregolari.
Attenzione però, non ne descrive l’evoluzione. Questo è un malinteso comune.
L'intento di Edwin Hubble non era rappresentare l’evoluzione delle galassie ma soltanto catalogarle in uno schema in base al loro aspetto.
Anche perché Hubble poteva osservare solo galassie nell’universo locale e quindi appartenenti alla nostra era. Non aveva idea di come fossero galassie più antiche, il suo redshift non arrivava neanche a 0,5.
Oggi invece, con i telescopi spaziali Hubble e James Webb possiamo vedere galassie antichissime.
I cosmologi sono ormai convinti che le galassie si siano formate seguendo il modello di “raggruppamento gerarchico”.
In questo modello le galassie si sono formate circa 12 miliardi di anni fa, un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Erano protogalassie molto piccole, irregolari, senza spirali e senza dischi, con diametri non superiori ai 2.000 anni luce, e con masse simili a quelle degli attuali ammassi globulari.
La Via Lattea per fare un paragone ha un diametro di 200.000 anni luce, 100 volte più grande.
Per approfondire la dimensioni della Via Lattea e i metodi con la quale viene determinata puoi andare a questo articolo: Ridefiniti i confini della Via Lattea
La velocità con la quale generarono le stelle, ha avuto un ruolo fondamentale nel determinare la forma in cui si sono evolute queste giovani protogalassie nelle ere successive.
Le protogalassie che hanno formato stelle a ritmo sostenuto, hanno mantenuto una forma più o meno sferica diventando galassie ellittiche.
Nel tempo si sono fuse con altre galassie, divorandole, e sono diventate le galassie ellittiche giganti che vediamo oggi.
La celebre galassia M87 con i suoi 13,2 miliardi di anni e il primato di galassia più grande dell'universo locale, è un esempio di queste ellittiche primordiali giganti.
Nelle protogalassie invece che hanno generato stelle ad un ritmo più lento, una grande quantità di gas rimase tale per molto tempo, si depositò sul piano galattico, e formò un disco a causa della rotazione della protogalassia.
L’aspetto finale è quello di una galassia a disco con un bulbo stellare in mezzo ad un vasto disco gassoso.
Queste galassie non esistono nel diagramma di Hubble e non vanno confuse con le galassie lenticolari di tipo S0 che invece hanno un disco pieno di stelle.
Poi il gas nei dischi di queste galassie iniziò a ruotare, e successivamente a causa di perturbatori gravitazionali, si formarono le spirali: così le galassie a disco si sono evolute in galassie a spirale.
Per capire meglio come si sono formate le spirali delle galassie vai al link: Come si formano le spirali galattiche?
Sei miliardi di anni fa, quando l’universo aveva la metà dell’età attuale, il 52% delle prime galassie erano galassie irregolari, il 31% galassie a spirale, il 13% a disco e soltanto il 4% erano ellittiche.
Un altro ruolo importante nell’evoluzione delle galassie è costituito dalle fusioni.
Durante la fusione le galassie assumono forme strane ed irregolari ma il risultato finale dipende dalle dimensioni delle galassie coinvolte.
Se le galassie in collisione hanno la stessa dimensione, il risultato è quasi sicuramente una galassia ellittica, al di là della forma dei due esemplari.
Se invece una galassia più piccola entra in collisione con una più grande, molto probabilmente entrerà a far parte della più grande lasciando a quest’ultima la sua forma.
La Via Lattea, ad esempio, sta divorando una galassia nana: la galassie ellittica del Sagittario. Questa piccola galassia ha una
massa appena 1/10.000 di quella della Via Lattea, e nonostante sia già entrata e uscita diverse volte da essa, la forma della nostra galassia sembra non accorgersene nemmeno.
D'altra parte la Via Lattea si fonderà con la vicina galassia di Andromeda, che ha una massa e una dimensione paragonabile alla sua. Il risultato sarà una galassia ellittica gigante.
Nell'universo locale troviamo spesso enormi galassie ellittiche isolate: sono i resti di piccoli gruppi di galassie che hanno finito con il fondersi completamente.
Ci sono anche casi di galassie isolate a spirale, che non hanno galassie vicine con la quale fondersi, oppure sono accompagnate solo da piccoli esemplari che divoreranno senza cambiare la propria forma.
Ma alla fine anche loro cambiano aspetto a mano a mano che consumano il loro gas.
A questo punto il tasso di formazione stellare cessa e i bracci a spirale diventano gradualmente meno evidenti dando origine a galassie lenticolari: le galassie S0 del diagramma di Hubble.
Un esempio di queste galassie è rappresentato da NGC 4866 nella costellazione della Vergine, o dalle galassie NGC 1533 e IC 3328.
Oggi, nell’universo locale, l’Esa stima che le galassie a spirali sono diventate ben il 72%, e quelle irregolari solamente il 10%. il 3% sono ellittiche, mentre il 15% iniziano ad essere lenticolari.
Evoluzione del colore
Dal punto di vista del colore, le galassie sono cambiate in base all'età delle loro stelle.
Le galassie irregolari ed ellittiche, nell’universo antico avevano un colore vicino al blu perché contenevano stelle giovani e calde, di colore blu e molto grandi.
Un esempio di queste stelle è Sirio, la stella più luminosa del cielo.
Se per assurdo fossimo stati in una di queste galassie, il nostro cielo notturno sarebbe stato affollato di stelle come Sirio o ancora più luminose.
Oggi queste galassie sono arancioni, perché le stelle azzurre sono invecchiate e si sono raffreddate, assumendo un colore arancio rossastro. Oppure sono morte e i loro resti hanno dato vita a stelle più fredde, anch’esse di colore arancio rosso.
Anche le galassie a spirale, avevano un bulbo azzurro, ricco di stelle giovani e calde.
E anche i bulbi, oggi sono diventati più gialli arancioni a causa dell’invecchiamento e del riciclo stellare.
I dischi e le spirali però, che un tempo erano prevalentemente gassosi, oggi stanno generando nuove stelle, calde e azzurre, e quindi sono azzurri.
Evoluzione della luminosità
Anche la luminosità delle galassie nel tempo cambia ed è cambiata in base alle stelle ospitate
Le prime galassie irregolari non erano molto luminose. Anche se contenevano stelle blu molto calde, gli esemplari erano pochi e predominava l’idrogeno primordiale.
Le cose sono cambiate con le prime fusioni galattiche, che hanno smosso e compresso il gas generando i primi starburst.
Ecco allora che le prime galassie ellittiche divennero estremamente luminose
Le prime galassie a disco invece, le progenitrici delle attuali spirali, erano meno luminose, perché le stelle erano concentrate solo nel bulbo e nel disco predominava ancora il gas.
Quando questo gas iniziò a dare vita alle spirali e alle stelle, allora anche la luminosità di queste galassie iniziò ad aumentare, rimanendo però un passo indietro rispetto alle ellittiche.
Ancora oggi, nell’universo locale, i rapporti di luminosità sono rimasti uguali: le galassie ellittiche sono molto più luminose di quelle a spirale.
Oggi però le galassie ellittiche sono meno luminose di un tempo, sempre per via del fatto che le loro stelle sono più fredde e meno luminose.
Il Redshift e l'età delle galassie | |
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Redshift | Età |
z=0,0000715 | Un milione di anni |
z=0,25 | 2,91 miliardi di anni |
z=0,5 | 5,01 miliardi di anni |
z=1 | 7,73 miliardi di anni |
z=2 | 10,32 miliardi di anni |
z=3 | 11,47 miliardi di anni |
z=4 | 12,01 miliardi di anni |
z=5 | 12,46 miliardi di anni |
z=6 | 12,70 miliardi di anni |
z=7 | 12,88 miliardi di anni |
z=8 | 13,0 miliardi di anni |
z=9 | 13,11 miliardi di anni |
z=10 | 13,18 miliardi di anni |
Per capire meglio: