Associazione AstronomiAmo - Quantum Cafe Piccole galassie crescono
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Questa volta esploreremo alcuni aspetti dell'evoluzione delle galassie, notando come il loro ciclo vitale nell'Universo assomigli più di quanto immaginiamo alla vita umana.

Salve a tutti i lettori di AstronomiAmo, e bentrovati in questo nuovo “episodio” di Quantum Cafè! Questa volta esploreremo alcuni aspetti dell'evoluzione delle galassie, notando come il loro ciclo vitale nell'Universo assomigli più di quanto immaginiamo alla vita umana.
Prima di tutto, cerchiamo di capire cosa intendiamo per  “evoluzione di una galassia”.

Sappiamo che le galassie nascono come enormi agglomerati di gas e polvere, da cui si possono formare miliardi di stelle.
Ogni stella , quando comincia a brillare, non fa altro che bruciare il proprio combustibile (gas) mediante fusioni nucleari, trasformandolo in luce e calore. Sappiamo che ogni stella, in tempi più o meno lunghi, fa esattamente questo per tutta la propria esistenza. Di conseguenza, quando osserviamo una galassia, vediamo questo fenomeno su grande scala: miliardi di stelle, allo stesso tempo, trasformano gas in luce, permettendoci quindi di osservare quella galassia.

Come per tutti gli organismi viventi, anche le stelle e le galassie “vivono” una propria infanzia, un'età adulta, e progressivamente invecchiano fino a “morire”. Cosa significa, e come possiamo capire in quale fase si trova una galassia?

Figura 1 mostra alcune delle fasi principali dell'evoluzione di una galassia, a confronto con le fasi della nostra esistenza.
Figura 1 mostra alcune delle fasi principali dell'evoluzione di una galassia, a confronto con le fasi della nostra esistenza.

All'inizio del proprio ciclo vitale, una galassia possiede molto gas e poche stelle, perché queste non hanno ancora avuto modo di formarsi. E quindi la galassia è ancora poco luminosa, ma con un forte potenziale di crescita. In seguito, parte del gas viene convertito in nuove stelle: la galassia attraversa una fase di forte attività stellare, durante la quale la sua luminosità aumenta, mentre il gas al suo interno viene progressivamente consumato. Questa fase può durare miliardi di anni, e può comprendere svariate generazioni di stelle che si susseguono alle precedenti.
Ad un certo punto il gas è talmente scarso che la galassia non può generare ulteriori stelle, quindi prosegue il suo cammino il modo “passivo”, brillando della luce delle stelle ancora presenti.

In altre parole, l'età della galassia è in qualche modo legata alla quantità di gas ancora disponibile, rispetto alle stelle già presenti.

Questo intero percorso evolutivo può coprire un arco di tempo pari a miliardi di anni. Come facciamo a conoscere le fasi del ciclo vitale di una galassia, se non possiamo seguirne l'evoluzione nel tempo? Nello stesso modo in cui conosciamo le fasi dell'esistenza umana. Tutti i giorni osserviamo gruppi di persone di età diverse. E sappiamo che nel tempo cresciamo da bambini ad adulti, e che progressivamente invecchiamo. Eppure nessuno è stato fisso a guardare un'unica persona mutare nel corso del tempo.
Lo stesso vale per gli oggetti celesti: conosciamo la loro evoluzione grazie a studi fatti su grandi campioni di oggetti, di varie età e caratteristiche. Questi studi ci permettono di osservare svariate galassie in fasi differenti della loro vita, e così delineare un percorso evolutivo per la popolazione di galassie, senza doverne seguire il cambiamento oggetto per oggetto.

Figura 2 ci mostra un gruppo di persone a confronto con un gruppo di galassie di età molto diverse.
Figura 2 ci mostra un gruppo di persone a confronto con un gruppo di galassie di età molto diverse.

Le galassie blu sono ricche di gas e stelle giovani, mentre quelle tendenti al rosso contengono poco gas e molte stelle vecchie. Questa immagine (in alto, destra) scattata dal telescopio spaziale Hubble ci mostra solo una piccola porzione di Universo. Anche se le galassie in quest'immagine sembrano vicine tra loro, si tratta di un effetto di proiezione, esattamente come per le costellazioni del nostro cielo. Una singola immagine può immortalare oggetti vicini e molto distanti da noi. E dato che la luce emessa da galassie più distanti impiega più tempo per raggiungerci, stiamo osservando oggetti ad epoche diverse.
Se immaginiamo di rendere questa immagine tridimensionale (conoscendo la distanza di ciascun oggetto), possiamo inserire ogni oggetto nella sua epoca, e seguire l'evoluzione nel tempo di queste galassie.

Figura 3 ci mostra un tipico campione di galassie osservate dal telescopio spaziale Hubble a diverse epoche cosmiche. Questa immagine ci permette di fare delle considerazioni anche sulla storia delle galassie contenute nell'Universo.
Figura 3 ci mostra un tipico campione di galassie osservate dal telescopio spaziale Hubble a diverse epoche cosmiche. Questa immagine ci permette di fare delle considerazioni anche sulla storia delle galassie contenute nell'Universo.

Come vediamo, analogamente al nostro ciclo vitale, anche l'Universo ha attraversato una sua “infanzia”, in cui si sono formate le prime galassie (circa 11-13 miliardi di anni fa). In seguito, queste hanno cominciato a formare stelle a ritmi molto elevati, con un picco di attività verificatosi circa 10 miliardi di anni fa. Da allora, le riserve di gas contenuto nelle galassie sono andate esaurendosi progressivamente, producendo un lento ma costante invecchiamento delle galassie. Infatti, attualmente l'attività di formazione stellare delle galassie è minima, circa 10 volte inferiore al picco avvenuto 10 miliardi di anni fa. Ad esempio, la Via Lattea vede nascere l'equivalente di un Sole ogni anno. Rispetto alle oltre 200 miliardi di stelle già presenti nella nostra galassia, questa è chiaramente un'attività minima.

Questa analogia ci mostra che anche l'Universo è mutato profondamente nel tempo, e che sta attraversando una fase discendente della propria evoluzione. Certo, non possiamo osservare direttamente questo mutamento nel tempo, a causa delle scale temporali estremamente dilatate. Ma se riuscissimo, con un esercizio mentale, ad accelerare l'evoluzione delle galassie dal Big Bang ad oggi, l'Universo ci sembrerebbe un ambiente estremamente dinamico, simile ad un organismo vivente. Al suo interno, le galassie muterebbero continuamente, bruciando gas in stelle, e invecchiando progressivamente nel tempo.
In ogni galassia accadrebbe la stessa cosa, ma su scale più ridotte: ogni stella nella galassia ha un suo percorso evolutivo, in cui brucia combustibile, e poi inevitabilmente “muore”, dando vita a nuove generazioni di stelle dai propri resti. Tutto segue un proprio ciclo evolutivo, dalle scale più grandi a quelle più piccole.

Per fare un altro esempio, anche le piante hanno un ciclo vitale lungo e complesso. Anche se ci sembrano ferme, esse crescono, dormono, comunicano fra loro, si muovono seguendo la luce, e muoiono per dar vita alla generazione successiva. Hanno semplicemente un ritmo vitale rallentato rispetto al nostro.

Ancora una volta, l'Astronomia ci fornisce un insegnamento prezioso: ogni oggetto in natura, anche il più statico, non è mai fermo nel tempo, anzi è in continuo mutamento. Dobbiamo solo sintonizzare il nostro orologio sulla stessa “frequenza” dell'oggetto che stiamo osservando. Così tutto ci sembrerà molto più intuitivo e simile al nostro ritmo vitale.

 
Buona Astronomia a tutti, e alla prossima!
Ivan