La Via Lattea, la nostra Galassia.
loading

La Via Lattea, la nostra Galassia.

La nostra Galassia è chiamata Via Lattea per un ricorso alla mitologia, ma ci è voluto tanto tempo per comprendere che la striscia nel cielo che osserviamo la notte era in realtà un insieme di stelle. Oggi conosciamo la forma a spirale, la barra centrale e il buco nero che la circonda, ma i misteri sono ancora tanti

La Via Lattea, la nostra Galassia

Una striscia nel cielo che altri non è se non la Galassia alla quale apparteniamo. Un nome che deriva dalla mitologia e proprietà stimate che rappresentano una conquista recente dell'astronomia

Ogni corpo celeste che vediamo nel cielo, ad eccezione delle macchie diffuse corrispondenti alla galassia di Andromeda e alle Nubi di Magellano, appartiene alla nostra galassia , la Via Lattea

Il nome

Mitologicamente, durante una delle sue mitologiche 'scappatelle', Zeus ebbe un figlio da Alcmena, un figlio che avrebbe dovuto essere tanto forte da impedire lo sterminio di uomini e dei. Alcmena partorì Eracle ma lo abbandonò su un prato per timore della reazione della moglie di Zeus, Era. Era, tuttavia, ritrovò il bambino sul prato e decise di allattarlo. Il bimbo, Eracle, si attaccò al seno con una tale forza che Era si ritrasse con forza, tanto che uno schizzo del suo latte andò a finire in cielo, solcandolo da parte a parte. Eracle divenne immortale mentre quella striscia di latte rimase visibile nel cielo e venne chiamata Via Lattea.

Alla nostra galassia ci si riferisce anche con il nome Galassia, con la G maiuscola, ed in effetti il motivo è da rintracciare nell'etimologia del termine visto che in greco Galaxia significa latteo (non è un caso se le famose caramelle Galatine sono al latte). Alcuni sostengono il fatto che la denominazione Via Lattea sia da attribuire soltanto alla striscia che osservativamente si nota da Terra, mentre riferendosi all'oggetto celeste di per sé occorrerebbe parlare di Galassia Via Lattea o di Galassia e basta. Anche le pubblicazioni scientifiche, tuttavia, si riferiscono al corpo celeste come alla Via Lattea.

La Via Lattea. Crediti Valeriano Antonini
La Via Lattea. Crediti Valeriano Antonini

Non tutti la pensarono allo stesso modo, comunque. Per i Cinesi la striscia nel cielo rappresentava un Fiume Celeste nel quale le stelle erano pesci che fuggivano dall'Amo Celeste, ovvero dalla falce di Luna. Gli abitanti della Siberia, invece, erano convinti che il cielo si fosse spezzato in due e che la striscia più chiara fosse la saldatura necessaria a tenerlo unito.

Proprietà e generalità

La Via Lattea è la galassia che ospita il nostro sistema planetario, il Sistema Solare. E' anche detta Galassia, con la "G" maiuscola.

La Via Lattea è quindi una galassia : oggi si parla di galassie in maniera abbastanza consapevole, avendo ben presenti immagini viste in televisione oppure nelle riviste. Tuttavia la consapevolezza di cosa sia una galassia non è storia antica, anzi. Anche la formazione della Via Lattea è attualmente al centro del dibattito cosmologico e ripercorre la modalità di formazione delle galassie in generale, modalità ancora non univoca e anch'essa argomento di dibattito.

Ciò che si può stimare con particolare riguardo alla nostra Via Lattea è l'età dedotta dalle singole componenti galattiche. Dalla posizione e dalla velocità di alcune stelle, gli astronomi hanno infatti individuato alcuni tra gli astri più antichi della Via Lattea. Si tratta di stelle sub-nane fredde, molto più fredde e anziane del Sole e con età che va da 6 a 9 miliardi di anni. La loro posizione è racchiusa entro i 200 anni luce da noi (Georgia State University - The Astronomical Journal, 2017). Al di là dei nove miliardi di anni, tuttavia, la stella apparentemente più antica è HD 140283, la cui età è stimata in 13,6 miliardi di anni. La stima è basata tuttavia sul confronto con le stelle di ammassi globulari, considerati da sempre coevi delle galassie e quindi risalenti a circa 13.4 miliardi di anni. In realtà anche l'età degli ammassi globulari è tornata in discussione nel 2018 attraverso nuove stime che li pongono a nove miliardi di anni, lo stesso nove delle stelle osservate nel 2017 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2018 - Re-evaluating old stellar populations). 

Il moto della Galassia è studiato dalla cinematica stellare. Ruota su sé stessa ad una velocità radiale di circa 220 km/s e per un giro completo impiega qualcosa come 2,4x108 anni. Anche questa, come per le altre galassie, è una rotazione differenziale: le stelle più interne ruotano più velocemente di quelle esterne, le quali ultime dovrebbero avere comportamenti in linea con la Legge di Newton anche se è proprio dal comportamento delle stelle più esterne delle galassie che ha avuto inizio la teoria basata sulla materia oscura . Attraverso il Very Large Binocular Array (VLBA) e il meccanismo della parallasse annua è stato possibile misurare la distanza di una regione stellare (G007.47+00.05) posta nel lato opposto della Via Lattea, oltre il buco nero centrale (Ottobre 2017, Science). La misura è stata calcolata in 66 mila anni luce, quasi il doppio rispetto al record precedente e ha consentito anche di ottenere una stima migliore della massa della galassia, derivata dalla velocità di rotazione della stessa, anch'essa rivista al rialzo. La Via Lattea ruota quindi più velocemente di quanti stimato il che può essere ricondotto alla materia oscura nell'alone galattico. 

Oltre a questo moto, ogni stella ha moti propri come, ad esempio, il Sole che punta in direzione della stella Mu Herculis.

Oltra alla rotazione su sé stessa, la Galassia è soggetta anche a un moto proprio che viene sostenuto alla velocità di due milioni di chilometri orari rispetto all'universo in espansione. La meta di questo moto venne fatta coincidere con il Grande Attrattore, una regione distante 150 milioni di anni luce e composta da mezza dozzina di ammassi galattici, salvo poi spostare il tiro a favore della Concentrazione di Shapley, 600 milioni di anni luce più distante ma contenente due dozzine di ammassi galattici. Da un lato, quindi, il moto della Galassia sembra attratto da queste masse ma nel 2017 è stato aggiunto un altro tassello che vede, invece, una spinta da dietro fornita dall'energia di un enorme vuoto passato inosservato fino al lavoro della Hebrew University of Jerusalem.

Le strutture che decidono il moto della Galassia: Concentrazione di Shapley da una parte e dipolo dall'altra. Crediti University of Jerusalem
Le strutture che decidono il moto della Galassia: Concentrazione di Shapley da una parte e dipolo dall'altra. Crediti University of Jerusalem

Il campo magnetico

Componente immateriale della Galassia ma non di poco conto, il campo magnetico galattico fu ipotizzato per la prima volta da Enrico Fermi nel 1949. E' noto come una carica elettrica in moto produca un campo magnetico e come il mezzo interstellare sia composto parzialmente da particelle cariche in movimento, che quindi producono un campo magnetico.
Fermi stimò anche il valore del campo magnetico in 3x10-6Gauss, basandosi sul fatto che durante la lunga vita della Galassia si fosse giunti ad un equilibrio tra densità di energia cinetica e magnetica. In effetti il valore empiricamente riscontrato è di 3,5x10-6Gauss.
Ancora nel 1949, Hiltner e Hall notarono la polarizzazione di stelle molto lontane e come la polarizzazione stessa crescesse al crescere della distanza. Le stelle emettono radiazioni non polarizzate quindi per dar vita a radiazioni polarizzate deve esserci qualche fattore esterno. Questo fattore esterno, inoltre, deve trovarsi tra noi e le stelle, quindi nel mezzo interstellare , dal momento che al crescere della distanza cresceva anche la polarizzazione. Misurazioni più precise furono disponibili quando Zeeman si rese conto che - quando una sorgente luminosa emette in un campo magnetico - le righe del suo spettro vengono scisse in più componenti e la scissione cresce al crescere del campo magnetico e della lunghezza di onda della radiazione .
Furono così osservati gli effetti tipici della polarizzazione nelle righe dell'idrogeno neutro (riga a 21 centimetri) e nei segnali delle pulsar , a testimonianza del campo magnetico galattico.

Ma la Via Lattea è normale?

Siamo soliti studiare tutte le altre galassie in base alla nostra, dando per scontato che la nostra sia "normale", comune. Ma ne siamo certi? Se lo sono chiesto nel 2017 scienziati della Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) Survey in un lavoro pubblicato poi su Astrophysical Journal confrontando le galassie satellite della nostra con le galassie satellite di galassie simili alla nostra. Un lavoro che venne portato avanti già pochi anni prima su un campione ritenuto, però, troppo piccolo. I risultati hanno evidenziato forti diversità: le galassie satellite della Via Lattea sono notevolmente calme al contrario delle satelliti di altre galassie simili alla nostra che, invece, mostrano una forte propensione a produrre stelle. Ogni studio è basato sul concetto che la nostra Galassia non abbia nulla di speciale: ricerca della materia oscura, cosmologia, formazione stellare, formazione galattica stessa: e se invece la nostra Via Lattea non fosse un campione così comune nell'universo?

Ultimo aggiornamento del: 27/09/2018 20:59:06

Forma e struttura della Via Lattea

Difficile stabilire la forma della nostra Galassia visto che non possiamo osservarla da un punto esterno. Classifichiamo la Via Lattea come SBbc, una spirale barrata composta di due bracci maggiori e due minori. Un disco che racconta la sua storia

Oggi stimiamo per la Via Lattea una forma a disco schiacciato chiamato equatore galattico oppure piano galattico. Il diametro dell'equatore galattico è stimato intorno ai 78.000 anni luce, anche se alcuni sostengono possa arrivare a 300.000 anni luce ed altri, la gran parte, arrivano a 100.000 anni luce. Lo spessore del disco raggiunge il massimo al suo centro, con circa 15.000 anni luce mentre alla periferia va diminuendo. La nostra Galassia, quindi, vista da fuori e da una posizione di taglio (edge on), avrebbe la forma di un fuso risultando molto allungata e piatta a parte un rigonfiamento centrale. Vista di fronte, tuttavia, la Via Lattea assumerebbe la forma di una grande spirale con una barra centrale dalla quale si diramano i bracci, una sorta di girandola.

Apparenza della Via Lattea, vista di taglio e frontalmente
Apparenza della Via Lattea, vista di taglio e frontalmente

Alla posizione del Sistema Solare, cioè a circa 27.200 anni luce dal centro galattico (stima del 2016 in base ai dati del Very Long Baseline Array), il disco è spesso soltanto 1000 anni luce.

Estensione della galassia dovuta a ondulazioni esterne. Crediti SDSS/School of Science/Osservatorio Nazionale Cinese
Estensione della galassia dovuta a ondulazioni esterne.
Crediti SDSS/School of Science/Oss.Naz.Cinese

La dimensioni potrebbe in realtà raggiungere anche i 150 mila anni luce di diametro visto che nel 2015 sono stati scoperti anelli di stelle laddove si pensava non potessero esserci ulteriori astri: si tratta di ondulazioni interne del disco che estendono la dimensione dello stesso visto che sono state osservate in ogni direzione osservabile e se dipendessero da interazioni con galassie di passaggio risulterebbero, invece, localizzate. Non così semplice da avallare come ipotesi visto che - di contro - c'è chi sostiene comunque la riconducibilità delle strutture a eventi esterni estesi poi a tutto il perimetro ("Rings and Radial Waves in the Disk of the Milky Way" - The Astrophysical Journal, 2015).

La forma della Galassia è stata individuata con molta difficoltà ed a tutt'oggi non è neanche molto certa. La prima visione di spirale è datata 1852 nell'ambito di uno studio fuori dal coro di Stephen Alexander, ma gli studi veri e propri risalgono a metà del secolo scorso quando i radiotelescopi olandesi e australiani guidati da Jan Oort, Frank Kerr e Gert Westerhout iniziarono a misurare la densità dell'idrogeno neutro lungo il piano della Galassia. Vennero così individuate zone a maggior densità, zone che vennero chiamate bracci. Era il 1958 e poco meno di venti anni dopo la struttura a spirale fu confermata da Yvonne e Yvon Gerogelin tramite la distribuzione delle regioni HII di idrogeno ionizzato. L'astronomia infrarossa, negli anni Novanta, giunse agli stessi risultati osservando la distribuzione della polvere, suggerendo al tempo stesso la presenza di una barra centrale confermata poi nel 2005 tramite le osservazioni infrarosse di Spitzer. Nel diapason di Hubble, la Galassia viene inquadrata come SBbc. I bracci individuati erano quattro ma nel 2008 si ipotizzò addirittura che potessero essere soltanto due. In seguito si concordò sulla presenza di due bracci principali come Braccio Scudo-Centauro e Braccio di Perseo, caratterizzati da una maggior densità stellare, e due bracci secondari come Braccio della Norma e Braccio del Sagittario, caratterizzati invece da una maggior quantità di polveri e di attività di formazione stellare. A smontare del tutto la tesi dei due bracci ha pensato, nel 2015, il lavoro dell'Univeridade Federal Do Rio Grande do Sul sui dati di WISE: la luce infrarossa ha consentito di andare più a fondo in direzione del centro della Galassia e la scoperta di sette nuovi ammassi giovani, presenti principalmente nei bracci della Galassia, ha riabilitato una versione a quattro bracci.

800
La struttura della Via Lattea per come viene pensata oggi. La longitudine galattica è centrata sul Sole.

Il Sole si trova quindi a due terzi di distanza dal centro galattico, in uno dei bracci di spirale. La forma della Via Lattea dovrebbe essere abbastanza simmetrica e verso l'inizio del nuovo secolo gli astronomi Tom Dame e Pat Thaddeus del CfA hanno utilizzato le osservazioni millimetriche del monossido di carbonio per avvalorare questa ipotesi. 
Non si tratta di un disco perfettamente piatto visto che esistono strutture, soprattutto in direzione del braccio di Scudo e Centauro, che si ergono in maniera distinta rispetto alle altre. Nel 2011, gli stessi astronomi del CfA hanno scoperto una spirale a larga scala all'interno di questa zona, struttura che è stata poi battezzata Outer Scutum-Centaurus Arm (OSC), distante dal centro galattico circa 40 mila anni luce e apparente controparte del Braccio del Perseo. Tramite misurazioni radio del gas ionizzato, in grado di tracciare l'ultravioletto caldo delle stelle giovani e massicce, un team di astronomi ha osservato zone di formazione stellare nel 60% delle location osservate: nuove stelle in formazione che possono raggiungere anche una massa pari a 40 masse solari ciascuna. Ad oggi, queste zone segnano il confine esterno della formazione stellare galattica.

Alone galattico

La spirale della Galassia può essere contenuta in una forma circolare che rappresenta l'alone galattico. L'alone è quasi privo di nubi di gas e di polveri ma ricco di ammassi globulari. Se ne contano più di 150 ma è molto probabile che siano più di 200 comprendendo gli ammassi posti al di là del centro galattico. La disposizione delle stelle antiche e degli ammassi globulari fornisce una stima che parla di un alone di duecentomila anni luce di diametro. anche se sono stati rinvenuti oggetti apparentemente di alone a distanze ancora maggiori, come Palomar 4 e AM 41.

Rappresentazione dell'alone galattico
Rappresentazione dell'alone galattico

 

La popolazione degli oggetti presenti nell'alone galattico ha quasi la stessa età della Galassia stessa: la mancanza di polveri e di gas impedisce la formazione di nuove stelle. Si tratta di una zona che riserva spesso scoperte, una tra queste è la scoperta di uno stream di stelle avvenuta a fine 2017 (arXiv, 24 novembre 2017): si tratta di quel che resta di una galassia nana o di un ammasso globulare che una volta orbitava la Galassia e che è stato poi distrutto dalle forze mareali in gioco. A oggi una ventina di stream sono stati scoperti nella Via Lattea e una decina, in tutto, nel Gruppo Locale. Si tratta di oggetti che possono dire molto riguardo l'alone di materia oscura che dovrebbe essere presente o riguardo la distribuzione di massa nella Via Lattea. Tramite il Leading Arm of Magellanic Satellites (SLAMS), una survey portata avanti tramite il Blanco telescope a Cerro Tololo, le osservazioni hanno consentito di rivelare la presenza di un nuovo stream, posto a 95 mila anni luce dalla Terra nella costellazione  di Idra e dintorni. La lunghezza stimata è di 293 anni luce e il fatto che sia abbastanza sottile lascia pensare a un globulare come progenitore. La massa è di 25 mila masse solari, uno dei meno massivi noti a oggi. Le stelle che lo compongono sono in prevalenza scarse di metalli, con una età calcolata in 12.5 miliardi di anni. 

L'alone della Via Lattea mostra quindi i segni di una antica attività di fusioni ai danni di galassie nane e oltre agli stream di stelle la prova risiede anche nella composizione chimica della zona, ottenuta su un campione di 28 giganti rosse osservate dall'Instituto de Astrofisica de Canarias. Lo spettro delle stelle osservate mostra una composizione nettamente diversa da quella del resto delle stelle galattiche di alone, il che lascia pensare che si tratti di stelle formate in un altro luogo, in un'altra galassia finita poi per essere "mangiata" dalla nostra. 

A metà 2016 è stata individuata anche la modalità di rotazione dell'alone galattico, che sembra solidale alla rotazione del disco della Galassia. Si riteneva che a fronte di un disco rotante la Galassia fosse in possesso di un alone di gas enorme e stazionario, ma l'ipotesi è risultata sbagliata visto che anche questa enorme sfera ruota. Il moto produce uno spostamento in lunghezza d'onda tale da aver consentito agli astronomi di misurarlo grazie alle linee dell'ossigeno incandescente: le linee shiftano nella stessa direzione della rotazione del disco e alla velocità di 400 mila miglia orarie, contro le 540 mila del disco. Si tratta di una chiave di lettura incredibilmente importante per comprendere al meglio la formazione galattica, visto che si può pensare che la calda atmosfera galattica sia la sorgente di gran parte della materia del disco. 

Disco galattico

Il disco galattico è formato da stelle e materia interstellare in quantità molto abbondante. Questa materia può essere diffusa omogeneamente oppure raccolta in nubi di diversa dimensione. Guardando la Galassia da fuori e di taglio, noteremmo che la striscia luminosa che la compone è tagliata in due da una fascia oscura, esattamente come accade quando guardiamo galassie esterne edge-on: la luce delle stelle in questa zona è infatti assorbita dalle polveri concentrate sul disco.
Proprio la presenza di grandi quantità di gas e polveri fa sì che il disco galattico sia un continuo fermento di stelle in formazione, quindi la popolazione di questa area galattica è molto varia, abbinando stelle anziane a stelle giovanissime. Anche nel disco galattico sono presenti famiglie di stelle ed ammassi, ma questi ammassi sono molto meno fitti degli ammassi globulari presenti nell'alone galattico: si tratta infatti di giovani ammassi aperti.

Nella zona esterna della Via Lattea è presente una struttura che domina la mappa galattica nell'idrogeno neutro: questa struttura è nota come GS242-03+37, è stata scoperta nel 1979 ed è una sorta di "superguscio" i cui parametri sono stati studiati con particolare dettaglio a fine 2018 attraverso simulazioni numeriche. Le simulazioni hanno ricercato il miglior merge con l'osservazione dell'idrogeno neutro per poi passare alla distribuzione degli ammassi stellari presenti nei dintorni al fine di comprendere al meglio come una simile struttura possa influenzare la zona circostante. E' risultata, in questi termini, una correlazione tra l'oggetto e la distribuzione degli ammassi stellari, distribuzione che sembra preferire i "muri" del superguscio (arXiv, 2018 - "GS242-03+37: a lucky survivor in the galactic gravitational field"). 

La struttura è risultata relativamente antica rispetto ad altre simili, con una età compresa tra 80 e 120 milioni di anni circa favorita dalla protezione fornita dal raggio della struttura a spirale della Galassia, che protegge dal passaggio dei bracci. Dai risultati è stato evidenziato come il superguscio non sia tale dal punto di vista energetico, dal momento che il valore di energia ottenuto è ben sotto la soglia minima che viene usata per definire genericamente un superguscio.

Fanno riferimento al disco della galassia le interazioni delle quali si è parlato al momento della determinazione della dimensione della Galassia: il disco nella parte più esterna risente in maniera notevole del passaggio di galassie esterne o delle fusioni del passato.

Il centro della Galassia e SgrA*

Il centro della Via Lattea, o Centro Galattico, è il punto intorno al quale ruota la Galassia stessa. Dista da noi circa 27 mila anni luce in direzione della costellazione del Sagittario, nel punto in cui nelle notti estive dell'emisfero boreale appare più luminosa tanto da poter essere visibile a occhio nudo come zona più accesa. La zona centrale del Centro Galattico - al pari di quanto accade in tutte o quasi le galassie - è occupata da un buco nero supermassiccio centrale chiamato "Sagittarius A star" e indicato con SgrA*. Nel parsec che circonda il buco nero c'è una enorme densità di stelle e sebbene la maggior parte sia rappresentata da stelle di Sequenza Principale esistono molte stelle massicce la cui formazione risale a pochi milioni di anni fa a fronte di una formazione stellare che, in zona, sembra comunque andata in esaurimento. Si tratta di una presenza anomala, visto che in assenza di formazione stellare non dovrebbero essere presenti stelle giovani, ma l'evoluzione galattica è ancora poco compresa e anche oggi la presenza di un disco di gas molecolare (Disco Circumnucleare - CND) in orbita intorno a SgrA* ha evidenziato una massa molto alta e al limite del valore di contrazione, il che spinge molti a ipotizzare una ripresa della formazione stellare al centro galattico nei prossimi 200 milioni di anni, uno starburst che potrebbe riaccendere la zona centrale della Via Lattea come AGN . Sono state elaborate simulazioni in grado di evidenziare l'influenza che il buco nero potrebbe avere sulle stelle vicine, in particolare su una trentina di stelle di tipo Wolf Rayet, molto massicce e giovani. Dai dati è stato derivato che probabilmente SgrA* ha sperimentato un burst da pochi secoli, burst che ancora influenza la regione adiacente. Quando la gravità di SgrA* attrae materia, questa viene stirata nel momento di avvicinamento al buco nero.  A conferma, e ad approfondire il mistero della presenza di stelle giovani, uno studio apparso su Astrophysical Journal Letters a cura della Northwestern University a Novembre 2017 e basato sui dati raccolti da ALMA ha evidenziato i segni della formazione di almeno undici stelle di piccola massa, entro i tre anni luce da SgrA*. A questa distanza le forze mareali dovrebbero essere talmente energetiche da spezzare le nubi di polvere e gas prima che queste riescano a formare stelle ma le protostelle osservate stanno lì a dire il contrario. L'età delle protostelle si aggira intorno ai seimila anni e si tratta della fase più giovane mai osservata in un ambiente tanto difficile. Gli astri in formazione sono stati identificati tramite i classici "getti a doppio lobo" evidenziati dalle righe del monossido di carbonio osservato da ALMA scavalcando, nelle frequenze osservate, anche lo spesso banco di polveri che in genere impedisce di scrutare il centro galattico. 

A lungo il centro galattico è stato nascosto ai nostri occhi, e lo sarebbe ancora senza l'evoluzione tecnologica degli strumenti ottici. La spessa coltre di nubi che si addensa sul piano galattico ci impedisce di allungare l'occhio oltre i 10.000 anni luce. Abbiamo potuto vedere, tuttavia, i centri galattici di galassie simili alla nostra, immersi in nuclei centrali ricchissimi di stelle e di materia interstellare. 

Inizialmente proprio il fatto di non poter vedere oltre indusse gli astronomi, tra i quali Herschel (tutti, William, Caroline e John) e Cornelius, a pensare che il Sole fosse esattamente al centro della Galassia: il numero di stelle per grado quadrato appariva infatti lo stesso in ogni direzione, ma soltanto perché le altre stelle erano coperte dalle nubi del centro galattico. La presenza di polveri è tale per cui soltanto un fotone su 100 miliardi, di quelli ottici, giunge fino a noi, mentre a lunghezze radio le osservazioni sono ottimali. Anche le lunghezze d'onda più corte come quelle gamma possono giungere a noi indisturbate o quasi. Possiamo oggi sapere che la densità di stelle è un milione di volte maggiore al centro galattico rispetto alle zone più periferiche del disco, con una distanza media tra stelle di una settimana luce soltanto. Oltre a queste, però, ci sono anche polveri e gas che emettono in radio e infrarosso  lontano. Con un dettaglio di circa 30 anni luce si nota una forte sorgente di radiazione infrarossa nel centro galattico.
Fu Harlow Shapley ad individuare la direzione del centro galattico studiando invece gli ammassi globulari, e verificando come questi siano più presenti verso la costellazione del Sagittario. Gli ammassi globulari, infatti, non sono dislocati sul piano galattico come le stelle, e sono meno suscettibili di esserne coperti. Tutti quegli ammassi galattici, secondo Shapley, stavano orbitando intorno al centro galattico, proprio nel Sagittario. Partendo da stelle di tipo RR Lyrae, Shapley stimò anche la distanza del Sole dal centro galattico in 60.000 anni luce ma poi, la comprensione del fatto che le polveri attenuavano la brillantezza di queste stelle, ricalibrò il tutto in 27.000 anni luce di distanza. 

Il progetto Event Horizon Telescope (EHT) ha messo insieme, nel 2017, tanti radiotelescopi sulla Terra al fine di creare un radiotelescopio virtuale delle dimensioni dell'intero pianeta . Il tutto per fotografare l'ombra del buco nero supermassiccio che domina la Via Lattea, SgrA*. Lo scopo è verificare le predizioni della Relatività Generale e ottenere indizi sulle regioni a ridosso di questi oggetti, sull'accrescimento e sulla formazione dei getti relativistici. 

Uno studio condotto da Heino Falcke, Fulvio Melia e Eric Agol alla fine degli anni Novanta ha portato a stime sulla dimensione del disco apparente intorno a SgrA* che sarebbe visibile da Terra tramite radiointerferometria: il disco - secondo i calcoli - dovrebbe apparire dieci volte più grande rispetto all'orizzonte degli eventi. Dovrebbe quindi essere possibile osservare anelli di radiazione intrappolata nel disco prima di un'ombra scura, l'ombra del buco nero. Un'ombra che, anche se riguardante un buco nero supermassiccio, è comunque molto piccola in termini di risoluzione angolare e proprio per questo è necessaria l'interferometria radio.

La "foto" è stata scattata in cinque notti prese in dieci giorni da Francia, Messico, Cile, Arizona, Hawaii e Polo Sud, racimolando più di 65 ore di dati spediti poi al Max Planck Institute for Radio Astronomy. Attualmente i dati sono in fase di elaborazione ma prima di arrivare alla foto è stato necessario un lavoro di normalizzazione tra le immagini ottenute da luoghi e condizioni diverse. 

Ci si aspetta un'ombra circolare intorno alla quale orbita una struttura asimmetrica di materiale molto caldo e se l'immagine finale avallerà questa visione, Einstein avrà di nuovo ragione. Occorrerà attendere almeno il 2019.

In un'area di 700 anni luce dal centro, sul piano galattico, sono presenti quattro radiosorgenti principali, ciascuna con un diametro minore di 50 anni luce: si tratta di Sagittarius D, Sagittarius B, Sagittarius A e Sagittarius C. Il centro della Galassia è individuato proprio in SgrA e proprio da questo punto partono le coordinate galattiche. Da SgrA parte un getto arcuato. SgrA si compone a sua volta di due sorgenti, chiamate rispettivamente SgrA Est e SgrA Ovest. SgrA Ovest ha una emissione molto più intensa del suo gemello e presenta, nella sua parte più emittente, una sorgente radio compatta chiamata SgrA*, che rappresenta proprio il preciso centro galattico.
Intorno a SgrA* è presente una corona di gas molecolare con raggio di 6 anni luce e una rotazione la cui velocità è di 100 km/s. Si tratta di una formazione molto instabile, con un diametro inferiore a 3 ore luce (pari all'orbita di Saturno), e - in attesa della conferma ufficiale dell'esistenza dei buchi neri - SgrA* potrebbe essere proprio un buco nero supermassiccio con massa pari a quattro milioni di masse solari. Questo "mostro" induce le stelle vicine a muoversi a velocità superiori alla media, raggiungendo i 4500 km/s (una stella raggiunge addirittura gli 8000 km/s). 

Sebbene oggi il buco nero galattico appaia in quiete, le bolle scoperte dal telescopio spaziale Fermi (Bolle di Fermi) stanno lì a testimoniare una attività non molto lontana nel tempo. Legato a questa attività è il concetto di abitabilità galattica: i dati mostrano come la troppa vicinanza al buco nero esporrebbe i pianeti presenti a una radiazione troppo potente nella fase attiva, nonché a fenomeni violenti facilitati da una densità stellare nettamente superiore alla media, mentre una lontananza eccessiva corrisponderebbe a una minore presenza di componenti organiche e molecole complesse, nonché elementi rocciosi, il che va contro i principi accettati per lo sviluppo della vita come la conosciamo. La via di mezzo corrisponde proprio alla posizione del Sole e del Sistema Solare (La Sapienza, Sciences Reports, Novembre 2017). 

Trattandosi della zona più densa della Via Lattea, il centro galattico dovrebbe accogliere - o aver accolto - un numero molto alto di stelle e molte di queste dovrebbero essere esplose come supernova  lasciando migliaia di buchi neri di taglia stellare o intermedia. Questo, tra l'altro, dovrebbe valere per ogni galassia con buco nero centrale, quindi per quasi tutte. Ad Aprile 2018 i dati ottenuti da Chandra X-Ray Observatory hanno evidenziato la presenza di deboli e costanti raggi X emessi da sistemi binari composti proprio da un buco nero e da una stella compagna alla quale l'oggetto compatto sottrae materlale. Sono dodici gli oggetti osservati entro tre anni luce dal buco nero SgrA* e le estrapolazioni dei dati dicono che dovrebbero essere presenti circa 10 mila buchi neri, conteggiando quelli solitari e quindi invisibili. A fine 2018 sono state trovate, grazie ad ALMA, le prove dirette di piccole nubi di gas e polvere, probabilmente frammenti di una struttura più grande andata incontro alla violenza della gravità di SgrA* (approfondimento).

Ad Agosto 2018 un team dell'Academia Sinica Institute of Astronomy ha ottenuto buone misurazioni dei campi magnetici legati ai gas in accrescimento intorno al buco nero galattico mostrando un allineamento tra l'orientamento dei campi e il toro di gas ionizzati che ruota intorno a SgrA* (Astrophysical Journal, Agosto 2018, Pey-Ying et al. "A Magnetic Field Connecting the Galactic Center Circumnuclear Disck with Streamers and Mini:spiral"). Il disco circumnucleare (CND) è un toro molecolare in rotazione rispetto a SgrA* e questa mini-spirale dovrebbe originare dal perimetro interno del CND, il quale rappresenta la riserva di cibo più vicina a SgrA*. L'osservazione mostra come i campi magnetici possano influenzare notevolmente il moto delle particelle ionizzate originate nel CND, producendo le mini-spirali che avevano sempre rappresentato un puzzle.

Tramite la CanariCam a infrarosso (e un dispositivo polarimetrico) installata sul Gran Telescopio Canarias è stato invece possibile ottenere una dettagliata mappa delle linee del campo magnetico in gas e polvere intorno al buco nero galattico. La mappa copre un'area di circa un anno luce per ciascun lato rispetto al buco nero centrale e mostra l'intensità della radiazione infrarossa tracciando al tempo stesso le linee del campo magnetico all'interno dei filamenti di grani di polvere calda e di gas caldo. I filamenti sono lunghi diversi anni luce e sembrano avvicinarsi molto al buco nero, il che potrebbe indicare il luogo in cui le orbite degli stream di gas e polvere vanno a convergere. Una struttura effettua un ponte tra alcune stelle brillanti al centro galattico. A dispetto dei venti provenienti da queste stelle i filamenti sembrano rimanere in quiete, protetti dal campo magnetico. Altrove il campo magnetico è meno allineato ai filamenti.

I bracci della Galassia

La Galassia ha dei bracci, come detto. Descrivono una spirale logaritmica inclinata di circa 12 gradi. I bracci ad oggi generalmente accettati sono quattro. 

  • BRACCIO DI PERSEO - Si tratta del braccio più grande della Galassia, in direzione della costellazione del Sagittario. E' stato scoperto nel 1950 ed è anche noto come Braccio dei 3 Kiloparsec in base alla distanza dal centro galattico nel tratto più interno. Parte dalla costellazione dell'Aquila, passa tra il Braccio del Sagittario e quello del Cigno fino alle costellazioni di Cigno, Perseo e Poppa. Il punto di massima vicinanza al Sole si ha nella costellazione del Perseo, quindi è noto con questo nome. Ha un raggio di circa 35 mila anni luce e, secondo le ultime stime, il Braccio di Orione rappresenta una ramificazione del Braccio di Perseo e non un braccio primario della nostra Galassia.
  • BRACCIO DI REGOLO-CIGNO O BRACCIO DELLA NORMA - Tra i bracci secondari della Galassia, con un raggio di 15.5 kpc, viene chiamato Braccio della Norma nella zona interna e Braccio di Regolo-Cigno in quella esterna. Origina dalla costellazione dell'Aquila, dal bulge galattico, e si dirige verso Regolo. Si nasconde poi dietro il centro galattico ed esce alla visibilità nella costellazione del Cigno per arrivare poi in Cefeo e Cassiopea.
  • BRACCIO SCUDO-CROCE O SCUDO-CENTAURO - Braccio della Galassia, posto tra il Braccio del Sagittario e il Braccio di Perseo, trae origine presumibilmente dalla barra galattica unitamente al Braccio del Sagittario per poi deviare verso la Croce del Sud. Proprio questa zona rappresenta una delle maggiori in fatto di formazione stellare.
  • BRACCIO CARENA-SAGITTARIO - Il braccio del Sagittario è tra i più estesi ed il più interno rispetto alla nostra posizione, composto da una molteplicità di regioni di formazione stellare. Origina dalla barra galattica, nel lato opposto al nostro, per uscir fuori nel Cigno e dirigersi verso la Carena. Molti degli oggetti di questo braccio ricadono nella costellazione del Sagittario. Proprio il braccio del Sagittario è stato al centro del dibattito sul numero di bracci galattici.

Tra le altre strutture minori: 

  • BRACCIO DI ORIONE O SPERONE DI ORIONE - Al suo interno si trova il nostro Sistema Solare. Il punto più ricco si trova proprio nella costellazione di Orione e scorre tra due bracci importanti come Sagittario e Perseo. Forse si tratta di una ramificazione del Braccio del Perseo. Il nostro Sole si trova all'interno del Braccio di Orione, vicino al bordo della Bolla Locale, una cavità del mezzo interstellare esteso per circa 300 anni luce e con una densità di idrogeno neutro dieci volte inferiore alla media.
  • SPERONE DEL CENTAURO - Struttura di forma irregolare che parte dal Braccio del Sagittario e punta verso il Braccio della Croce del Sud.
  • BRACCIO ESTERNO - Scoperto nel 2011 da Thomas Dame e Patrick Thaddeus in base al tracciamento del monossido di carbonio, il braccio è lungo 24 kpc e potrebbe trattarsi della continuazione del braccio Scudo-Centauro.
  • ANELLO DELL'UNICORNO - All'esterno dei bracci maggiori si distingue un anello di stelle e gas che le forze mareali hanno strappato ad altre galassie, principalmente alla nana ellittica del Cane Maggiore. La sua massa si stima di 100 milioni di masse solari, con una lunghezza di 70 kpc.

Ultimo aggiornamento del: 22/10/2018 16:26:53

Storia e evoluzione e futuro della Via Lattea

I bordi più esterni della nostra Galassia raccontano una storia fatta di interazioni gravitazionali e di antiche fusioni, alcune anche molto importanti. Il futuro della Via Lattea è una fusione altrettanto importante con la galassia di Andromeda

Sebbene la formazione della Via Lattea sia ancora da decifrare così come la formazione di tutte le galassie dell'universo, per l'evoluzione possiamo dire qualcosa in più soprattutto in seguito all'applicazione di osservazioni multifrequenza. 

Il disco galattico e lo stream di stelle che deriva dalla fusione con The Sausage. Crediti GAIA/ESA
Il disco galattico e lo stream di stelle che deriva dalla fusione con
The Sausage. Crediti GAIA/ESA

Le prime fasi di vita della Via Lattea sono state caratterizzate da collisioni con altre galassie e una di queste è stata particolarmente importante comportando ripercussioni nell'alone e nel bulge. La galassia "scontrata" dovrebbe una nana, battezzata "Sausage", salsiccia: l'incontro sarebbe avvenuto tra 8 e 10 miliardi di anni fa, e avrebbe comportato la distruzione della galassia malcapitata. Le sue stelle avrebbero iniziato a muoversi in orbite molto eccentriche, andando a sfiorare il centro galattico per poi allontanarsi decisamente. Proprio la forma allungata delle orbite ha consigliato il nome di "salsiccia". Lo studio è di metà 2018 e si basa sui dati del satellite Gaia di ESA, in grado di mappare perfettamente posizione e moto di miliardi di stelle. La massa della "Salsiccia" dovrebbe essere stata pari a 10 miliardi di masse solari, una massa in grado addirittura di deformare o frazionare il disco che quindi avrebbe necessitato, in seguito, di una ricostruzione. La rimodellizzazione si rinviene nei percorsi delle stelle, poste tutte alla stessa distanza dal centro galattico. Il condizionale è d'obbligo visto che ci si muove nel campo delle teorie, tanto è vero che a fine 2018, sempre dai dati di Gaia, sembrerebbe emergere una diversa vertà, sempre centrata sui dieci miliardi di anni fa. La galassia con la quale la Via Lattea si sarebbe fusa non sarebbe poi così nana ma si tratterebbe di una galassia gigante a disco, battezzata Gaia-Enceladus proprio ad esaltare la dimensione (Enceladus, nella mitoogia greca, è un gigante nato da Gaia e da Urano).

Informazioni fondamentali derivano anche dall'osservazione dei bordi della spirale della nostra Galassia, ricchi di zone di formazione stellare innescata dalle interazioni con galassie minori di passaggio e dai conseguenti giochi gravitazionali. La presenza di queste regioni consente alla Via Lattea di espandere costantemente le proprie dimensioni e per averne una prova è sufficiente osservare altre galassie simili alla nostra. Osservando il movimento delle stelle più giovani ai bordi di NGC 4565 e NGC 5907, distanti 50 milioni di anni luce, tramite gli occhi della Sloan Digital Sky Survey (SDSS), Galex e Spitzer, infatti, è stato possibile misurare il movimento di giovani astri che si stanno allontanando dalle regioni di nascita. Alla velocità di 500 metri al secondo, pari alla media velocità osservata in queste galassie, tra circa 3 miliardi di anni la nostra Via Lattea avrà una dimensione superiore a quella di oggi in misura del 5%. C'è, in tal senso, anche una prova diretta grazie di nuobo ai dati della sonda Gaia di ESA: Gaia - come detto - ha misurato con estrema precisione la posizione e il movimento di miliardi di stelle e proprio dal movimento degli astri periferici è stato possibile dedurre interferenze gravitazionali dovute al passaggio o all'assorbimento di galassie minori, con conseguente aumento di formazione stellare e, in ultima istanza, di espansione dei confini esterni. Proprio la Data Release 2 ha consentito di misurare il moto di ben 39 galassie nane satelliti della Via Lattea evidenziando come molte siano presenti intorno al punto di pericentro: dal momento che le orbite di questi oggetti sono molto ampie, si presume che ne esistano in misura molto maggiore rispetto a quanto pensato fino alle misurazioni di Gaia. Proprio questo moto ha consentito anche di stimare la quantità di materia oscura della Galassia in 1.6 trilioni di masse solari (link all'articolo).

I dati di Gaia hanno consentito anche di scoprire nell'alone galattico i resti di fusioni sperimentate dalla Via Lattea. Sono cinque i raggruppamenti anomali di stelle derivanti dalla fusione con galassie minori, ai quali si aggiunge una enorme bolla di centinaia di stelle come fossile di una fusione maggiore. Lo studio (One Large Blob and Many Streams Frosting the nearbyStellar Halo in Gaia DR2 - The Astrophysical Journal, 2018) si è basato sul movimento di 6000 stelle di alone ma a dare maggior forza alla origine "aliena" della bolla maggiore è il movimento retrogrado rispetto al movimento del disco, quindi ad oggi si può dire con certezza che la nostra Galassia sia stata modellata da un evento di fusione maggiore e tanti altri. I dati di Gaia hanno aggiunto più di cento stelle anche allo stream di Helmi, un gruppo di stelle scoperto nel 1999 che contava meno di venti componenti fino al rilascio dei dati.

Non solo Gaia, comunque: undici nuovi stream stellari sono stati scoperti nei dati della Dark Energy Survey (DES) del Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) e vanno a incrementare il numero di stelle, oggi nella Via Lattea, provenienti da altre piccole galassie venute a trovarsi nei pressi della nostra. Si ritiene che molte di queste interazioni possano aver contribuito all'alone della Via Lattea

La vita della Via Lattea potrebbe aver attraversato una fase di "morte" prima di tornare a essere come la vediamo oggi. Le popolazioni stellari della Galassia appartengono infatti a due distinte epoche e sono generate da due meccanismi diversi intervallati da un periodo dormiente molto lungo, fatto di nascita stellare nulla. Si tratta di uno scenario che in passato era stato già associato a galassie molto grandi ma che uno studio del 2018 ("The formation of solar-neighbourhood stars in two generations separated by 5 billion years" - Nature, 2018) associa anche alla nostra Galassia. Le stelle memorizzano l'ambiente nel quale sono nate e fortunatamente ci riportano la memoria sotto forma di elementi chimici e questo evidenzia i due gruppi distinti: il primo è ricco di elementi alfa come ossigeno, magnesio e silicio mentre il secondo è ricco di ferro. L'origine della dicotomia non è chiara ma una risposta può venire proprio dall'evoluzione galattica e da tutti gli scontri che si stanno ipotizzando. La Via Lattea sarebbe così nata tramite l'afflusso di gas freddo dall'esterno (cold flow accretion) con conseguente formazione stellare. Il gas si è arricchito di elementi alfa rilasciati dalle esplosioni di stelle molto massicce e questo ha generato la prima popolazione stellare galattica. Le onde d'urto e il riscaldamento del gas verificatisi sette miliardi di anni fa avrebbero poi generato un blocco al gas in entrata, reprimendo la formazione stellare.  Durante questa fase di blocco, la morte di altre stelle ha arricchito il gas presente con elementi più pesanti come il ferro. Cinque miliardi di anni fa il gas sarebbe stato di nuovo freddo al punto da innescare una nuova formazione stellare, dando vita alla seconda generazione di stelle alle quali appartiene il Sole. Lo stesso principio sarebbe applicabile anche alla dicotomia già nota in M 31, spesso ricondotta alla fusione di due galassie distinte. 

Ancora tracce di interezioni gravitazionali sono state rinvenute nella seconda metà del 2018 attraverso il moto di alcune stelle del disco, evidenziato dalla presenza di strutture a spirale presenti nei grafici forniti da coordinate spaziali e velocità stellari ottenute da Gaia. Le spirali del grafico (che nulla c'entrano con le spirali della morfologia galattica) derivano da perturbazioni avvenute in un tempo compreso tra 300 e 900 milioni di anni fa. Imputata principale è la galassia nana del Sagittario, sia per compatibilità di tempi con l'ultimo passaggio ravvicinato sia per massa ("A dynamically young and perturbed Milky Way disk" - Nature, 2018).

A fronte di indizi che giocano a favore di una periferia galattica segnata dalle fusioni con galassie nane, tuttavia, uno studio del 2018 evidenzia come delle popolazioni stellari di alone siano in possesso di una composizione chimica del tutto simile a quella del disco galattico, a testimoniare una origine nel disco e una successiva migrazione legata a oscillazioni della Via Lattea causate, di nuovo, da passaggi di galassie satellite. Gli stream stavolta, però, sono di origine galattica quindi non si tratta di un mix con stelle extragalattiche ma di una redistribuzione di stelle galattiche (Nature, 2018 - Two chemically similar stellar overdensities on opposite sides of the plane of the Galactic disk). Le stelle di alone non appaiono distribuite randomicamente nell'alone stesso ma raggruppate in strutture giganti date da stream e nubi, alcune delle quali circondano l'intera Galassia. Queste strutture sono state sempre indicate come traccia di un passato tumultuoso, resti di distruzioni gravitazionali di galassie minori. Se questo vale in generale, non vale tuttavia per tutti i gruppi stellari visto che quattordici stelle sottoposte a analisi e appartenenti a due diverse strutture di alone (Triangulum-Andromeda e A13, vedi figura sotto), poste ai lati opposti rispetto al piano galattico (a distanze di 14 mila anni luce sopra e sotto il piano), hanno fornito risultati interessanti. Studi precedenti avevano trovato un legame cinematico tra questi due gruppi, legati al Monoceros Ring, un anello che gira intorno alla Galassia. La natura e l'origine di queste strutture non era però chiara. Lo spettro delle stelle, ottenuto tramite Keck e Very Large Telescope, ha consentito di far chiarezza su quanto mancava: la chimica delle stelle studiate è quasi identica a quelle del disco galattico ed è identica tra i due gruppi. Resta da chiarire come mai i due gruppi occupino, allora, zone opposte nell'alone ma in questo viene in aiuto la modellizzazione dell'evoluzione della Via Lattea, visto che si tratta di un processo di riposizionamento compatibile con il passaggio di galassie massicce.

La posizione dei due stream stellari del tutto simili per composizione chimica. Crediti Nature, Maria Bergemann et al.
La posizione dei due stream stellari del tutto simili per composizione chimica.
Crediti Nature, Maria Bergemann et al.

Sembra un accanimento delle galassie nane nei nostri confronti ma in realtà galassie grandi come la nostra sono in possesso di un gran numero di galassie nane in orbita, il che rende molto più facile andare incontro a fenomeni di interazioni galattiche e di fusioni. Basti pensare che in un sol colpo la survey DES (Dark Energy Survey) ha rivelato la presenza di ben nove galassie nane nei pressi delle Grandi Nubi di Magellano, quindi in una zona di cielo molto limitata ("Beasts of the Southern Wild. Discovery of a large number of Ultra Faint satellites in the vicinity of the Magellanic Clouds" - arXiv, 2015). 

Ovviamente la fonte principale di approvvigionamento di materiale extragalattico sembra rappresentato dalle Nubi di Magellano: era il 2014 quando per la prima volta fu osservato in via diretta il flusso di gas e stelle emesso dalle Nubi e diretto verso la Galassia. Le stelle sono giovani e sono quindi di recente formazione, riconducibile alla collisione gra i gas delle piccole galassie e il gas della nostra. La Corrente Magellanica venne scoperta già negli anni Settanta del secolo scorso tramite radioastronomia e a questo flusso di gas si aggiunse il Braccio Principale posto alla fine della Corrente stessa. La novità del 2014 risiede, quindi, nella detection di stelle già formate all'interno di questo flusso, precisamente nel Braccio Principale. 

Il futuro: Milkomeda

Dato il moto della Via Lattea all'interno del Gruppo Locale e soprattutto relativamente al moto della galassia di Andromeda, il destino più probabile per la nostra Galassia è dato da una fusione proprio con M 31 tra circa 4 miliardi di anni. L'evento, se davvero si verificherà, non darà luogo a scontri frontali tra stelle ma sarà caratterizzato da incontri ravvicinati gradualmente più vicini fino alla fusione dei nuclei. Il nome assegnato già da ora alla galassia nascente dalla fusione è Milkomeda, un mix tra Milky Way e Andromeda. 

Ultimo aggiornamento del: 14/11/2018 17:40:20