Galassia della Via Lattea: fatti sul nostro quartiere cosmico

La Via Lattea è una galassia a spirale barrata di circa 13,6 miliardi di anni con grandi braccia girevoli che si estendono attraverso il cosmo. Il suo disco è di circa 100.000 anni luce e spesso solo 1000 anni luce, secondo l'Osservatorio di Las Cumbres (si apre in una nuova scheda).

Proprio come la Terra orbita attorno al sole, il sistema solare orbita attorno al centro della Via Lattea. Nonostante sfrecci attraverso questo Web a velocità di circa 515.000 mph (828.000 km/h), il nostro sistema solare impiega ancora circa 250 milioni di anni per completare una singola rivoluzione, secondo Interesting Engineering (si apre in una nuova scheda). L'ultima volta che il nostro pianeta si trovava in questa posizione, i dinosauri stavano appena emergendo e i mammiferi dovevano ancora evolversi.

Se il centro della Via Lattea fosse una città, vivremmo in periferia, a circa 25.000-30.000 anni luce dal centro della città. La vita in periferia è bella, ci troviamo adagiati in uno dei quartieri più piccoli, l'Orion-Cygnus Arm, stretto tra le braccia più grandi di Perseus e Carina-Sagittarius. Se dovessimo dirigerci verso il centro cittadino troveremmo lo stemma Scutum-Centaurus e Norma.

In una notte limpida, priva di inquinamento luminoso, possiamo intravedere le luci brillanti della città galattica che si diffondono nel cielo notturno. La nostra finestra sull'universo, questa fascia bianca lattiginosa di stelle, polvere e gas è il luogo da cui prende il nome la nostra galassia.

Al centro della Via Lattea si trova un buco nero supermassiccio chiamato Sagittario A*. Circa 4 milioni di volte la massa del sole, questa bestia consuma tutto ciò che si allontana troppo vicino, rimpinzandosi di un'ampia scorta di materiale stellare che le consente di crescere fino a diventare un gigante. Sebbene non possiamo vedere direttamente questo ghiottone al centro della nostra galassia, gli scienziati possono suggerire la sua presenza studiando il suo effetto sulla materia vicina.

Perché la nostra galassia si chiama Via Lattea?

Secondo l'American Museum of Natural History (opens in new tab) (AMNH), la nostra casa galattica è chiamata Via Lattea per il suo apparente aspetto bianco latte mentre si estende nel cielo notturno. Nella mitologia greca, questa fascia lattiginosa è apparsa perché la dea Era spruzzava latte attraverso il cielo.

In tutto il mondo, la Via Lattea è conosciuta con diversi nomi ad esempio in Cina è chiamata "Fiume d'Argento" e nel deserto del Kalahari in Sud Africa è chiamata "Spina dorsale della notte".

Il grande dibattito del 1920

Stiamo costantemente costruendo sulla nostra ricchezza di conoscenza della Via Lattea, anche se fino a tempi relativamente recenti gli astronomi credevano che tutte le stelle nel cielo appartenessero alla nostra galassia.

"The Great Debate" nel 1920 vide gli astronomi Herber Curtis e Harlow Shapley discutere la scala dell'universo e la prospettiva degli "universi insulari" (galassie), secondo la National Academy of Sciences (si apre in una nuova scheda). Da un lato del dibattito, Shapley credeva che la Via Lattea fosse molto più ampia delle stime precedenti e che non fossimo al centro. Affermò anche che le "nebulose a spirale" come Andromeda facevano parte della Via Lattea. Dall'altra parte del dibattito, Curtis non ha contestato le affermazioni di Shapley di una Via Lattea molto più grande, ha tuttavia sostenuto che c'erano grandi universi insulari (galassie) come Andromeda, che si trovavano oltre i confini della Via Lattea. La controversia è stata risolta quando le misurazioni di Edwin Hubble delle stelle variabili Cefeidi hanno dimostrato che Andromeda si trovava molto al di fuori della Via Lattea. Stime moderne suggeriscono che la galassia di Andromeda, la nostra galassia più vicina, si trova a 2,5 milioni di anni luce di distanza.

Ora sappiamo che la Via Lattea risiede all'interno del Gruppo Locale di galassie, composto da oltre 30 galassie tra cui Andromeda, Triangulum e Leone I per citarne solo alcune. Si scopre che è abbastanza buono sapere chi sono i tuoi vicini, poiché potrebbero essere più vicini di quanto pensi. La Via Lattea sta attualmente sfrecciando verso Andromeda a 400.000 km/h (250.000 mph). Anche se non c'è ancora bisogno di preoccuparsi, questo crollo di proporzioni cosmiche non è previsto per altri 4 miliardi di anni.

La Via Lattea: Dimensioni, struttura e massa

Fatti veloci sulla Via Lattea

Tipo di galassia: spirale barrata
Età: 13,6 miliardi di anni (e oltre)
Dimensioni: 100.000 anni luce di diametro
Numero di stelle: circa 200 miliardi
Tempo di rotazione: 250 milioni di anni

Studiare la Via Lattea era notoriamente difficile. Gli astronomi a volte paragonano lo sforzo al tentativo di descrivere le dimensioni e la struttura di una foresta mentre ci si perde nel mezzo di essa. Dalla nostra posizione sulla Terra, ci manca semplicemente una visione d'insieme. Ma due rivoluzionari telescopi This Web lanciati dagli anni '90 hanno contribuito a inaugurare l'età d'oro della ricerca sulla Via Lattea. Sono stati fatti grandi passi avanti, soprattutto dopo il lancio nel 2013 della missione Gaia dell'Agenzia Europea per il Web (ESA) .

I telescopi hanno permesso agli astronomi di distinguere la forma e la struttura di base di alcune delle galassie più vicine prima che sapessero che stavano osservando le galassie. Ma ricostruire la forma e la struttura della nostra casa galattica è stato lento e noioso. Il processo prevedeva la creazione di cataloghi di stelle, la mappatura delle loro posizioni nel cielo e la determinazione della distanza dalla Terra.

L'astronomo olandese Jan Oort, a volte soprannominato il maestro del sistema galattico, fu il primo a rendersi conto che la Via Lattea non è immobile ma ruota, e calcolò le velocità alle quali stelle a varie distanze orbitano attorno al centro galattico. Fu anche Oort a determinare la posizione del nostro sole nella vasta galassia. (The Oort Cloud , un deposito di trilioni di comete lontane dal sole, prende il nome da lui.)

L'ipnotizzante banda luminosa della Via Lattea ha colpito l'umanità per eoni. (Credito immagine: foto di Kendall Hoopes da Pexels)

A poco a poco, è emersa un'immagine complessa di una galassia a spirale che appare abbastanza ordinaria.

Al centro della Via Lattea si trova un buco nero supermassiccio chiamato Sagittario A*. Con una massa pari a quella di quattro milioni di soli, il buco nero, scoperto nel 1974, può essere osservato nel cielo con radiotelescopi vicini alla costellazione del Sagittario.

Tutto il resto nella galassia ruota attorno a questa potente porta verso il nulla. Nelle sue immediate vicinanze c'è una regione fitta di polvere, gas e stelle chiamata rigonfiamento galattico. Nel caso della Via Lattea, questo rigonfiamento ha la forma di un'arachide e misura 10.000 anni luce di diametro, secondo l'ESA. Ospita 10 miliardi di stelle (su un totale di circa 200 miliardi della Via Lattea), per lo più antiche giganti rosse, che si sono formate nelle prime fasi dell'evoluzione della galassia.

La struttura della Via Lattea vista dall'alto del disco galattico. (Credito immagine: NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan/JPL-Caltech)

Oltre il rigonfiamento si estende il disco galattico. Questa caratteristica ha un diametro di 100.000 anni luce e uno spessore di 1.000 anni luce, ed è sede della maggior parte delle stelle della galassia, incluso il nostro sole. Le stelle nel disco sono disperse in nubi di polvere stellare e gas. Quando guardiamo il cielo di notte, è la vista di taglio di questo disco che si estende verso il centro galattico che ci toglie il respiro.

Le stelle nel disco orbitano attorno al centro galattico, formando flussi vorticosi che sembrano emanare come braccia dal rigonfiamento galattico. La ricerca sui meccanismi che guidano la creazione di bracci a spirale è ancora agli inizi, ma gli ultimi studi suggeriscono che questi bracci si formano e si disperdono in periodi relativamente brevi, fino a 100 milioni di anni (su 13 miliardi di anni di evoluzione della galassia).

All'interno di quei bracci, stelle, polvere e gas sono più fitti che nelle aree più debolmente riempite del disco galattico, e questa maggiore densità innesca una formazione stellare più intensa. Di conseguenza, le stelle nel disco galattico tendono ad essere molto più giovani di quelle nel rigonfiamento.

"Le braccia a spirale sono come gli ingorghi stradali in quanto il gas e le stelle si ammassano e si muovono più lentamente tra le braccia. Quando il materiale passa attraverso le dense braccia a spirale, viene compresso e questo innesca una maggiore formazione stellare", Denilso Camargo, dell'Università Federale di Rio Grande do Sul in Brasile, ha affermato in una nota.

La Via Lattea ha attualmente quattro bracci a spirale secondo la National Science Foundation (NSF). Ci sono due bracci principali Perseo e Scutum-Centaurus e il Sagittario e il Braccio Locale, che sono meno pronunciati. Gli scienziati discutono ancora l'esatta posizione e forma di queste braccia usando i dati di Gaia.

Il disco della Via Lattea non è piatto ma deformato, secondo l'ESA. Mentre ruota, procede come una trottola traballante. Questa oscillazione, essenzialmente un'increspatura gigante, circonda il centro galattico molto più lentamente delle stelle nel disco, completando una rotazione completa in circa 600-700 milioni di anni. Gli astronomi pensano che questa increspatura possa essere il risultato di una collisione passata con un'altra galassia.

La struttura della Via Lattea con il suo disco galattico deformato rotante. (Credito immagine: Stefan Payne-Wardenaar; riquadro: NASA/JPL-Caltech; layout: ESA)

Sparsi intorno al disco e al rigonfiamento ci sono ammassi globulari, raccolte di stelle antiche e circa 40 galassie nane che sono in orbita o in collisione con la più grande Via Lattea secondo una dichiarazione dell'ESA (si apre in una nuova scheda).

Tutto ciò è circondato da un alone sferico di polvere e gas, che è due volte più largo del disco. Gli astronomi ritengono che l'intera galassia sia racchiusa in un alone ancora più grande di materia oscura invisibile. Poiché la materia oscura non emette luce, la sua presenza può essere dedotta solo indirettamente dai suoi effetti gravitazionali sui movimenti delle stelle nella galassia. I calcoli suggeriscono che questa roba sconcertante costituisce fino al 90% della massa della galassia.

"Anche se sappiamo che la materia oscura dovrebbe essere lì, [e] pensiamo che dovrebbe esserci, il rapporto tra materia oscura e materia luminosa in particolari galassie potrebbe essere in discussione", Gwendolyn Eadie, Ph.D. candidato in astrofisica alla McMaster University in Ontario, Canada, e coautore della ricerca, ha detto a This Web.com.

La massa della Via Lattea, inclusa la materia oscura, è pari a 1,5 trilioni di masse solari, secondo recenti stime della NASA (si apre in una nuova scheda). La materia visibile della galassia è distribuita tra i suoi 200 miliardi di stelle, i loro pianeti e le enormi nubi di polvere e gas che riempiono l'interstellare This Web.

Dov'è il sole nella Via Lattea?

Il sole è uno dei 200 miliardi di stelle che compongono la Via Lattea. (Credito immagine: NASA/GSFC/SDO)

Il sole orbita a circa 26.000 anni luce dal buco nero Sagittarius A*, all'incirca nel mezzo del disco galattico. Viaggiando alla velocità di 515.000 mph (828.000 km/h), il sole impiega 230 milioni di anni per completare un'orbita completa attorno al centro galattico.

Il sole si trova vicino al bordo del braccio locale della Via Lattea, uno dei due bracci a spirale più piccoli della galassia. Nel 2019, utilizzando i dati della missione Gaia (si apre in una nuova scheda), gli astronomi hanno scoperto che il sole sta essenzialmente navigando su un'onda di gas interstellare lunga 9.000 anni luce, larga 400 anni luce e ondeggia 500 anni luce sopra e sotto il disco galattico secondo l'ESA.

I pianeti del sistema solare non orbitano nel piano della galassia ma sono inclinati di circa 63 gradi.

"È quasi come se stessimo navigando lateralmente attraverso la galassia", ha detto a This Web.com Merav Opher, astrofisico della George Mason University in Virginia.

Formazione ed evoluzione della Via Lattea

L'evoluzione della Via Lattea iniziò quando nubi di gas e polvere iniziarono a collassare, spinte insieme dalla gravità. Le prime stelle sono nate dalle nuvole collassate, quelle che vediamo oggi negli ammassi globulari. L'alone sferico emerse subito dopo, seguito dal disco galattico piatto. La galassia è iniziata in piccolo ed è cresciuta mentre l'inevitabile forza di gravità ha riunito tutto.

La Via Lattea ha circa 13,6 miliardi di anni. (Credito immagine: futuro) (si apre in una nuova scheda)

L'evoluzione della galassia è, tuttavia, ancora avvolta nel mistero. Una disciplina chiamata archeologia galattica sta lentamente svelando alcuni degli enigmi della vita della Via Lattea grazie alla missione Gaia, che ha pubblicato il suo primo catalogo di dati (si apre in una nuova scheda) nel 2018.

Gaia misura (si apre in una nuova scheda) le posizioni esatte e le distanze di oltre 1 miliardo di stelle, nonché i loro spettri di luce, il che consente agli scienziati di comprendere la composizione e l'età delle stelle, secondo l'ESA. I dati di posizione consentono agli astronomi di determinare le velocità e le direzioni in cui le stelle si muovono in questo Web. Poiché le cose in questa rete seguono traiettorie prevedibili, gli astronomi possono ricostruire i percorsi delle stelle miliardi di anni nel passato e nel futuro. La combinazione di queste traiettorie ricostruite in un film stellare cattura l'evoluzione della galassia nel corso di eoni.

Circa 50 galassie nane orbitano attorno alla Via Lattea, destinate ad essere divorate in futuro. (Credito immagine: ESA)

Ci sono anche prove che la Via Lattea si sia scontrata con diverse galassie più piccole durante la sua evoluzione. Nel 2018, un team di astronomi olandesi ha trovato un gruppo di 30.000 stelle (si apre in una nuova scheda) che si muovono in sincronia attraverso il vicinato del sole nella direzione opposta al resto delle stelle nel set di dati. Il modello di movimento corrispondeva a quello che gli scienziati avevano visto in precedenza nelle simulazioni al computer di collisioni galattiche. Queste stelle differivano anche per colore e luminosità, il che suggeriva che provenissero da una galassia diversa.

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I resti di un'altra collisione, leggermente più giovane, furono avvistati un anno dopo. La Via Lattea continua a divorare le galassie più piccole fino ad oggi. Una galassia chiamata Sagittario (da non confondere con il buco nero) attualmente orbita vicino alla Via Lattea e probabilmente ha fracassato il suo disco diverse volte (si apre in una nuova scheda) negli ultimi 7 miliardi di anni. Utilizzando i dati di Gaia, gli scienziati hanno scoperto che queste collisioni hanno innescato periodi di intensa formazione stellare nella Via Lattea e potrebbero anche avere qualcosa a che fare con la forma a spirale caratteristica della galassia. Lo studio suggerisce che il nostro sole sia nato durante uno di quei periodi circa 4,6 miliardi di anni fa.

Il futuro della ricerca sulla Via Lattea

Dall'inizio delle sue operazioni, la missione Gaia ha fornito tre aggiornamenti al suo enorme catalogo stellare. Gli astronomi di tutto il mondo continuano ad analizzare i dati alla ricerca di nuovi schemi e rivelazioni. I dati di Gaia attualmente generano più documenti di ricerca persino del famoso Hubble This Web Telescope. In un recente "Torneo di questo telescopio Web", un sondaggio scherzoso condotto dagli astronomi su Twitter (si apre in una nuova scheda), Gaia ha battuto il veterano Hubble di cinque voti come attuale beniamino della comunità astronomica.

Gaia continuerà a tracciare la mappa della galassia almeno fino al 2022 e il catalogo che ha compilato terrà occupati gli astronomi per i decenni a venire.

Prima di Gaia, il più grande set di dati sulle posizioni e le distanze delle stelle nella Via Lattea proveniva da una missione chiamata Hipparcos, in onore di un antico astronomo greco che iniziò a tracciare il cielo notturno 150 anni prima di Cristo. Hipparcos ha visto solo circa 100.000 delle stelle più luminose nelle vicinanze del sole, rispetto al miliardo di Gaia. I dati erano anche meno precisi.

Anche se Gaia vede meno dell'1% delle stelle nella galassia, gli astronomi possono ampliare le loro scoperte e modellare il comportamento dell'intera Via Lattea.

Risorse addizionali

Scopri di più sulla Via Lattea e altre galassie con questo materiale didattico gratuito della Open University (si apre in una nuova scheda). Esplora la Via Lattea nella realtà virtuale (si apre in una nuova scheda) con la missione Gaia dell'ESA. Visita la Via Lattea con Gaia Sky (si apre in una nuova scheda), un software di visualizzazione astronomica 3D in tempo reale che utilizza i dati della missione Gaia dell'ESA. Scopri perché è stato così difficile studiare la Via Lattea prima di Gaia in questo articolo dell'ESA (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

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