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Che cosa sono le galassie? Potremmo forse iniziare con questo.
Le galassie sono degli oggetti che coprono l'Universo.
Ce ne sono centinaia di miliardi, parliamo di grandi cifre, e sono oggetti
che evolvono nel tempo, non sono statici: si formano, vivono, muoiono, si trasformano.
Una galassia è un sistema di stelle legate tra di loro dalle forze gravitazionali.
Le forze gravitazionali sono esattamente le stesse forze che tengono la Luna legata alla Terra,
e la Terra legata al Sole. Ci sono diversi tipi di galassie, con diverse forme e diverse taglie.
Possono assumere dimensioni estremamente grandi, contenendo dai dieci milioni di stelle
fino a qualche centinaio di miliardi.
E hanno "taglie" che vanno dai tremila ai centomila anni luce.
Per misurare la dimensione degli oggetti o delle distanze nell'Universo
usiamo delle unità un po' particolari, in questo caso l'anno luce.
Vi ricordo che la luce ha una proprietà particolare, che è quella di avere una velocità finita:
la luce percorre 300000 chilometri in un secondo.
Sapendo, ve lo dico [io], che un anno dura circa dieci milioni di secondi, potete calcolare,
moltiplicando queste due grandezze, la taglia delle galassie in chilometri.
Ecco perché usiamo queste unità: non ci starebbero gli zeri nello schermo, altrimenti.
Le galassie, in particolare, non sono formate solo da stelle.
Ci sono anche altri tipi di materia, in particolare il gas, la polvere, ci sono dei campi magnetici,
ci sono delle particelle cariche. E c'è anche quella che noi astronomi chiamiamo materia oscura,
perché non ne conosciamo veramente la natura propria.
Le galassie non sono interessanti solamente in quanto tali, oggetti affascinanti per le quali
io evidentemente ho perso la testa e ci sto lavorando da vent'anni. Ma anche perché,
sempre per questa proprietà della luce che, come dicevo, ha una velocità finita,
possiamo osservare oggi delle galassie a distanze talmente importanti
che quello che vediamo oggi è stato emesso quasi 13 miliardi di anni fa.
Vi ricordo che l'Universo è nato dall'esplosione del Big *** e noi astronomi
ormai sappiamo che l'età dell'Universo è dell'ordine di 13,7 miliardi di anni
e che la precisione di questa misura è dell'ordine del 10%.
Osservare galassie a diversa distanza ci permette dunque di osservare l'Universo ad epoche diverse.
E sono quindi tracciatori unici per poter studiare la cosmologia.
La cosmologia è la scienza che studia la formazione dell'Universo stesso,
che secondo me è una delle materie più interessanti in assoluto.
Vi farò vedere delle immagini di galassie.
Questa è una galassia a spirale, l'immagine parla da sola.
E forse è opportuno ricordare che il sistema solare, con la Terra, la Luna
e insomma tutti i pianeti appartengono ad una galassia che è la Via Lattea, che tutti abbiamo visto
nei cieli stellati soprattutto d'estate, quando fa più caldo e si può star fuori.
Credo sia importante avere un'idea delle dimensioni di questi oggetti.
Rispetto a queste grandezze, alla velocità della luce, il Sole ed il sistema solare
sono una parte infinitamente piccola all'interno della galassia.
La luce emessa dal Sole impiega otto minuti per arrivare fino alla Terra,
[mentre] la luce emessa da una stella da un lato della galassia
impiega circa 100000 anni per attraversarla tutta.
Questo vi dà un'idea della taglia relativa del sistema solare rispetto a quella di una galassia.
Le galassie a spirale, in particolare, sono composte da un nucleo, che cerco di indicarvi
con questo laser, che ha una parte centrale, all'interno del quale spesso,
in particolare negli oggetti più massivi, cioè nelle galassie più grandi,
c'è un buco nero, c'è una struttura che noi astronomi chiamiamo "bulge" in inglese
(di cui non saprei proprio trovare la traduzione in italiano, credo "BULB", bulbo scusate),
poi ci sono questi bracci a spirale che hanno questa forma, e che mostrano
anche una certa dinamica in questi oggetti: sono le galassie che girano, e possono girare
a velocità che vanno fino ai 300/400 chilometri al secondo, e in questi bracci a spirale
ci sono delle regioni condensate, in queste immagini sono chiare.
Sono le regioni in cui si formano le stelle: il gas si trasforma e forma delle stelle.
E poi un'altra formazione importante sono queste bande scure che sono la polvere interstellare
prodotta dalle stelle, e che in questo caso è un filtro,
e impedisce alla luce delle stelle di uscire dalla galassia.
Queste galassie a spirale sono degli oggetti relativamente sottili, le galassie
sono orientate nel cielo in modo completamente aleatorio, quando le vediamo di faccia sono rotonde,
quando le vediamo di taglio sono come dei dischi, dei piatti, dei frisbee, relativamente sottili.
Questa è un'immagine. Anche in questa immagine si può vedere questo rigonfiamento
nella parte centrale, questo famoso bulge, e la banda di polvere nera è questa banda scura
che impedisce alla luce delle stelle di uscire da questi oggetti.
Le galassie non sono solamente a spirale: ci sono anche le galassie ellittiche, caratterizzate,
come dice il nome, da una forma molto più ellittica, a forma di un pallone da rugby, di un uovo,
e l'altra caratteristica è che sono generalmente povere in gas ed in polvere,
sono composte generalmente da stelle vecchie, e non sono supportate dalla rotazione,
cioè non girano: il movimento delle stelle è prevalentemente caotico, come quello di un gas caldo.
Anche in questo caso il movimento delle stelle all'interno di questi oggetti
è nell'ordine di 300 chilometri al secondo, nelle più massive.
Esiste una classe intermedia tra le galassie a spirale e le galassie ellittiche:
sono le galassie lenticolari, che hanno delle caratteristiche, come popolazioni stellari,
più simili a quelle delle galassie ellittiche, ma generalmente sono povere in gas e in polvere,
non ruotano ma hanno una forma di disco, di lente, le chiamiamo lenticolari
proprio per questa ragione. In alcuni casi c'è della polvere, come in questo caso,
che assorbe la luce delle stelle, e prendono delle forme affascinanti, questa figura parla da sola,
e questa galassia è stata soprannominata non per niente la galassia del sombrero.
Noi astronomi cerchiamo di capire come funzionano. In realtà sono oggetti
che trasformano la materia prodotta dal Big ***. Il Big *** ha prodotto quella che noi chiamiamo
materia barionica, che è la materia che conosciamo, ha prodotto principalmente dell'idrogeno.
L'idrogeno atomico, risultato dell'esplosione del Big ***, deve passare
attraverso la fase molecolare, deve raffreddarsi, collassare, per poter formare le prime stelle.
Questi processi sono relativamente complessi, abbiamo già sentito questa parola, stasera,
ma possiamo quindi produrre delle stelle, ed esistono diversi tipi di stelle.
Il Sole è una stella relativamente piccola, anzi abbastanza piccola,
ci sono anche stelle più massive, più rare, e in particolare le stelle più grandi,
che hanno masse che possono essere circa 100 volte quella del Sole,
mentre le più piccole sono più o meno un decimo della *** del Sole, alla fine della loro vita
(che, vi ricordo, è un processo piuttosto lungo: le stelle più massive vivono meno,
nell'ordine di una decina di milioni di anni) alla fine della loro vita
esplodono in supernovae. Cosa succede? In realtà hanno consumato tutto il gas a loro disposizione,
l'hanno trasformato con le fusioni nucleari, non c'è più "benzina", non riescono più
a continuare la loro attività, e c'è quindi un collasso, la materia cade, esplode, brucia
tutti i resti di quello che c'è, la stella si trasforma in una stella a neutroni o in un buco nero,
e nello stesso tempo espelle come una bomba che esplode tutto quello che resta,
e questo è il processo più energetico che conosciamo, nell'Universo in particolare,
e produce quindi questa materia che viene immessa nel mezzo interstellare a delle velocità
che possono arrivare a 5000 chilometri al secondo. Questa materia è composta
da azoto, carbonio, ossigeno, quindi da elementi metallici che si aggregano tra di loro
e formano la polvere, quella che abbiamo visto nelle immagini precedenti.
E questo ciclo è un ciclo molto complesso perché poi la polvere si re-immischia col gas,
facilita questa trasformazione da gas atomico a gas molecolare, e si mescola in un modo complesso,
e la cosa secondo me abbastanza interessante è che oggi
siamo capaci di osservare tutte queste componenti.
Abbiamo costruito degli strumenti che ci permettono di osservare per esempio il gas atomico
attraverso una riga di immissione nel radio con delle antenne radio,
il gas molecolare nel millimetrico, le stelle dipendono dalla loro età e dal loro colore
ma possono essere osservate nell'ultravioletto, nel visibile o nel vicino infrarosso
e la polvere nel lontano infrarosso.
Vi faccio vedere qualche immagine di telescopi.
Questo è il radiotelescopio di Arecibo, costruito in un avallamento
all'interno dell'isola di Porto Rico, è un antenna da 300 metri di diametro,
quindi una roba estremamente grande, che ci permette di osservare il gas atomico,
e un'altra immagine sono i telescopi dei Very Large Telescopes, è una rete
di 4 telescopi da 8 metri e 20 di diametro che sono stati costruiti nel deserto di Atacama,
in Cile, e sono oggi gli strumenti tecnologicamente più avanzati
per fare questo tipo di analisi. Vi faccio vedere la taglia di un uomo
in questa immagine per vedere la dimensione di questi oggetti.
Con questi strumenti oggi siamo finalmente capaci di fare delle mappe di galassie,
a diverse lunghezze d'onda e quindi, come dicevo, di osservare le diverse componenti.
In questa immagine vediamo la galassia di Andromeda, M31, in 6 diverse lunghezze d'onda.
Nell'ultravioletto vediamo le stelle giovani, nel visibile quelle di età intermedia
e nel vicino infrarosso le stelle di età vecchia.
Questa è l'immagine dell'idrogeno atomico, quindi questa "benzina" che dà vita alle galassie,
e come vedete sono tutte distribuite su un disco, tutte le immagini
sono più o meno sulla stessa scala.
Vedete che sono distribuite su un disco molto più grande dei dischi stellari.
Questo significa che le galassie hanno un serbatoio di gas, nella parte esterna, che è disponibile
per continuare a fare delle stelle per ancora qualche miliardo di anni.
Il gas molecolare, è invece distribuito in zone assai compatte
e che corrispondono in realtà al punto in cui si vedono anche le stelle.
Questo è normale, perché le stelle si formano dove c'è il gas disponibile.
E la polvere interstellare che vediamo nell'infrarosso è ancora là
dove le stelle si sono formate e dove le stelle le scaldano.
Quindi abbiamo una visione abbastanza completa che ci permette di studiare
in modo più o meno raffinato l'evoluzione di questi oggetti.
Le galassie sono distribuite nell'Universo in modo non omogeneo.
Ci sono delle regioni più dense e meno dense. E l'osservare le galassie con questi strumenti
a diverse lunghezze d'onda ci insegna che in realtà questi oggetti, anche quando sono vicini,
in realtà non sono completamente isolati ma spesso interagiscono tra di loro.
E in questa immagine, in questa immagine ultravioletta, vediamo un sistema di galassie,
qui c'è una galassia M82 che è un oggetto estremamente attivo in formazione stellare,
questa è la galassia M81 e qui c'è una piccola galassia nana.
Questi oggetti, se li osserviamo nell'ultravioletto o nel visibile, ci sembrano vicini
ma non in interazione. Se invece li osserviamo nell'H1, nel gas atomico,
vediamo che gli oggetti, che c'è un terzo oggetto, ma vediamo M81, M82,
questo terzo oggetto e una galassia nana qui, e queste code di gas che passano in realtà
da un oggetto all'altro, perché le galassie, per le stesse forze gravitazionali
di cui parlavo prima, come le maree... come la Luna e il Sole, con le loro posizioni
sono capaci di muovere delle grandi masse d'acqua e creare delle maree
fino a 15 metri nella Manica, per esempio, le stesse forze
sono capaci di strappare il gas ad un oggetto e portarlo ad un altro, e quindi ad alimentare
ancora attività di formazione stellare con questa nuova benzina.
Adesso vi farò vedere un filmino di una simulazione al calcolatore, noi conosciamo
questi processi fisici, sappiamo come funzionano, e siamo capaci di ricostruirli al calcolatore,
mettendo le relazioni fisiche e ricostruire quindi queste galassie.
Faremo vedere un filmino in cui ci sono queste due galassie a spirale che si incontrano,
e interagiscono, e fondono per formare una galassia ellittica.
Ancora un esempio di evoluzione nel tempo di questi tipi di oggetti.
Questo è un filmino che girerà in fretta: in Natura, gli eventi si svolgono
su una scala temporale di 500 milioni di anni, o del miliardo di anni.
Per noi sono tempi relativamente corti, perché sono frazioni dell'età dell'Universo.
Possiamo far partire il film, e in questo caso vediamo questa galassia a spirale
che ruota, non perturbata, vediamo entrare da questa parte un'altra galassia a spirale,
si incontrano, l'incontro crea queste forti perturbazioni nella loro distribuzione
di stelle e di gas, con questi ponti di materia che vengono trascinati
da un oggetto all'altro, poi ricadono una sull'altra, la rotazione è persa, e si forma
quella che sembra in questo caso una galassia di forma ellittica ed è effettivamente
quello che vediamo in Natura. Vi faccio vedere delle immagini di oggetti
che assomigliano effettivamente a queste simulazioni fatte al calcolatore.
Questo è un sistema chiamato binario in interazione dove si vedono due galassie
che hanno già interagito e hanno formato queste lunghe code di marea,
in questo caso sono abbastanza evidenti, e anche con della materia che le unisce tra di loro.
Questo processo è in effetti estremamente violento e distrugge la morfologia di un oggetto.
Questo è un altro esempio di oggetto, di galassia in interazione. In questo caso
la galassia principale è questa, e qui c'è una galassia nana che sta per essere inghiottita
dalla galassia principale, e anche in questo caso vediamo queste lunghe code di marea con taglie
che possono essere molto più grandi della taglia della galassia stessa.
E con delle morfologie, delle forme spettacolari. Le galassie possono essere isolate,
possono trovarsi in sistemi piccoli come quelli che abbiamo appena visto,
in sistemi binari, ma possono anche essere in ammassi di galassie.
Gli ammassi di galassie sono dei raggruppamenti di galassie che possono avere nell'ordine di qualche
migliaia di galassie. E questa è un'immagine assai spettacolare di un ammasso
relativamente vicino in cui si vede che queste galassie sono principalmente galassie ellittiche,
in giallo, quindi composte da stelle vecchie, e questo è probabilmente dovuto
al fatto che in questi ambienti densi le interazioni sono state così violente
da renderle capaci di trasformarle, di renderle diverse dalle galassie isolate.
Ci sono comunque alcune galassie a spirale. Finirò con la descrizione di un'esperienza
che è stata fatta qualche anno fa e che è, trovo, uno degli esercizi più intelligenti e in realtà
ci ha anche portato a delle informazioni assai uniche sullo studio delle galassie e quindi
dell'evoluzione, e anche l'evoluzione dell'Universo.
Utilizzando il telescopio spaziale, l'Hubble Space Telescope, di cui penso che tutti
abbiate sentito parlare, è un telescopio di 2,40 m di diametro che è stato messo in orbita nel 1990 -
il telescopio è stato puntato in una zona del cielo in cui credevamo non ci fosse niente,
almeno dalle immagini che avevamo a disposizione a quella profondità non c'era niente, era nero.
È stata fatta una posa profondissima, la posa in assoluto più profonda che sia stata mai fatta,
immaginate di avere un apparecchio fotografico, una camera fotografica con un obiettivo
di 2,40 metri di diametro nello spazio, quindi non ha neanche il problema del filtro
dell'atmosfera, e di aprire l'otturatore per dieci giorni consecutivi, non-stop.
Si va veramente profondi. Il risultato è questa immagine,
l'Hubble Ultra Deep Field, il campo più profondo in assoluto.
E questo campo che credevamo vuoto in realtà è una tappezzeria di galassie, e questi
sono... tutti questi piccoli puntini, a parte questi oggetti con la forma cruciforme,
che sono delle stelle che lasciano un particolare segnale nelle immagini,
tutti questi punti, dai più grossi ai più piccoli, sono delle galassie.
Quindi diciamo che al primo ordine l'informazione che possiamo dare è che gli oggetti più grossi
sono i più vicini per il semplice effetto di proiezione e i più piccoli sono i più lontani.
In realtà la cosmologia è un po' più complessa che arriva a deformare questi tipi di relazioni
che sembrerebbero ovvie. Ma gli oggetti più piccoli, come possono essere questi puntini,
sono degli oggetti che in realtà hanno solo il 10% dell'età dell'Universo,
e stiamo quindi osservando degli oggetti che avevano solo 1 o 2 miliardi di anni.
Finisco quindi con questa immagine, che secondo me parla da sola, e grazie.
(Applausi)