Le galassie e l'Universo

Materie:Appunti
Categoria:Astronomia

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Testo

LA GALASSIA, LE GALASSIE, L’UNIVERSO
La galassia o via lattea:
Essa è costituita da un disco galattico circondato da un alone che contiene vecchie stelle isolate e ammassi globulari, il tutto immerso nella corona. Il disco galattico corrisponde al piano su cui ruotano la maggior parte delle stelle che formano la via lattea. Esso ha un diametro di circa 100000 anni luce e uno spessore medio di 1700 anni luce. Nel centro galattico è presente un rigonfiamento di 16000 anni luce. Le stelle della galassia ruotano attorno al suo centro, che si trova nella direzione della costellazione del sagittario. La dimostrazione della rotazione della galassia si è avuta negli anni trenta, in base ai dati spettroscopici. Infatti la luce delle stelle di una parte della galassia mostra un evidente red-shift, mentre quella delle stelle della parte opposta mostra un marcato blue-shift. Da questi valori si nota come il moto delle stelle è più lento quanto più sono distanti dal centro galattico e questo fenomeno era prevedibile in base alla terza legge di Keplero. E’ difficile conoscere la forma della galassia, essendo nel suo interno in rotazione attorno a una stella del suo disco. L’alone è costituito da oggetti celesti distribuiti simmetricamente attorno al centro della galassia; ha una forma sferica di circa 80000 anni luce di diametro ed è costituito sia da vecchie stelle isolate, sia da ammassi globulari. Gli oggetti che costituiscono l’alone si muovono su orbite ellittiche che, con angolature diverse, intersecano il piano del disco galattico. La corona, chiamata così per analogia con la corona solare, è costituita da un involucro di gas la cui temperatura cinetica è molto alta e che si estende per migliaia di anni luce sopra e sotto il piano del disco galattico.
Le stelle sono gli oggetti celesti più comuni della galassia; per indicare la loro posizione nella galassia si usa il nome della costellazione di appartenenza e la lettera dell’alfabeto greco in base alla luminosità.
Il diagramma di Hertzsprung-Russel:
All’inizio di questo secolo, questi due astronomi disposero sull’ascissa di una tabella la classe spettrale e sull’ordinate la magnitudine assoluta delle stelle: il risultato era una stretta fascia che andava dall’angolo in alto a sinistra a quello in basso a destra. (fig. pag. 550). Tale fascia è detta sequenza principale; le stelle che appartengono a questa sequenza stanno vivendo il periodo normale della loro vita, bruciano l’idrogeno. Le stelle che non fanno parte della sequenza principale si dividono in due gruppi:
1. giganti rosse → localizzato dal gruppo posto in alto a destra nel diagramma di HR: hanno una luminosità altissima ma appartengono alle classi spettrali K e M e sono quindi di colore rosso. Pur emetto tantissima energia luminosa hanno una temperatura superficiale molto bassa.
2. nane bianche → si trova nell’angolo in basso a sinistra del diagramma HR: sono stelle che emettono una bassa energia luminosa ma che hanno una temperatura molto alta.
Dal diagramma HR possiamo capire molte cose: andando dall’alto in basso troviamo stelle sempre meno luminose e meno massicce; abbiamo trovato una relazione tra la massa e la luminosità: L=m3,5. Per le stelle della sequenza dunque, la produzione di energia dipende dalla massa stellare, visto che le stelle più massicce sono anche quelle più luminose. Il sole si trova circa a metà della sequenza. (tabella pag.551)
Le stelle peculiari e oggetti non stellari nella galassia:
Oltre alle nane bianche e alle giganti rosse esistono altre stelle e altri corpi celesti con caratteristiche al di fuori della norma:
➢ nebulose: si presenta come una piccola area nel cielo in cui al posto del puntino si nota una luminosità diffusa, come se ci fosse nebbia; si dividono in nebulose vere e proprie, che mantengono la loro peculiarità anche viste da vicino, e altre che in realtà sono ammassi di stelle che visti da lontano sembrano nebulose (nebulose resolubili); le nebulose vere si distinguono in:
o luminose, immense nubi di gas rarefatti che emettono luce; dimensioni variabili fra qualche anno luce e qualche migliaio di anni luce; all’interno forse ci sono solo poche centinaia di atomi per metro cubo;
o oscure, nubi di gas e polveri che di solito appaiono come oggetti scuri sullo sfondo del resto del cielo; assorbono tutta la luce delle stelle che stanno dietro di loro;
➢ stelle binarie: sono stelle legate fra loro gravitazionalmente:
o Alfa Centauri è una binaria visuale, visibile all’occhio;
o Sirio invece è una binaria astronomica, dimostrata in base alle perturbazioni periodiche della traiettoria apparente nel cielo con la nana bianca che accompagna Sirio;
o sono binarie spettroscopiche quelle il cui spettro periodicamente si sdoppia;
o le binarie a eclisse si dimostrano tramite la variazione periodica della loro luminosità apparente, a seconda che siano in fila o accanto rispetto alla posizione della terra;
➢ stelle variabili: sono stelle con variazioni più o meno periodiche della loro luminosità, importanti perché da esse riceviamo informazioni sull’evoluzione stellare; un gruppo di esse, dette pulsanti, hanno variazioni di 1 magnitudine in periodi compresi tra 1 e 100 giorni;
➢ novae e supernovae: sono stelle che si accendono nel cielo all’improvviso e brillano per un certo tempo:
o novae: sono stelle che nella fase finale della loro vita aumentano la loro luminosità in modo impressionante: quando una stella passa allo stadio di nova, vi è un’esplosione potentissima, capace di produrre più energia di quella che produce il sole in 10000 anni;
o supernovae: la luminosità aumenta sproporzionatamente anche rispetto alla novae, e parte del materiale stella re viene proiettato nello spazio dando origine ad una nebulosa;
➢ pulsar: significa radiosorgente pulsante; caratteristica peculiare è l’emissione di impulsi radio con un periodo compreso tra 0,03 e 4 secondi; si ritiene che siano delle stelle a neutroni in rapida rotazione su se stesse: hanno un diametro di pochi chilometri ma una quantità di materia pari a quella del sole; sono dunque oggetti densissimi, che quando esauriscono la loro fonte di energia implodono sotto la forza gravitazionale: la stella a neutroni così formata ruota su se stessa senza sbriciolarsi proprio per la densità elevatissima;
➢ sorgenti discrete di raggi X: ne sono state scoperte molte nella galassia, sembra che si tratti di binarie strette, formate da una stella molto grande e da un’altra molto piccola: la densità della seconda attirerebbe a velocità talmente alta parti della seconda da emettere raggi X;
➢ radiazione X di fondo: oltre all’esistenza di sorgenti di raggi X al di fuori della via Lattea, vi è anche una radiazione X di fondo che ha la medesima intensità in tutte le direzioni dello spazio cosmico;
➢ buchi neri: sulla base della teoria delle relatività sappiamo che la massa può deviare la direzione della radiazione elettromagnetica attirandola su se stessa; per riprodurre una deviazione significativa occorre una massa enorme, molto più grande del sole; se tale massa viene compressa a dismisura, allora la deviazione sarà molto grande, tale da non far scappare neanche la luce emessa dalla stella; questo è il buco nero. Ingoia materia e luce come un pozzo senza fondo, senza emetterne.
L’evoluzione delle stelle:
Le stelle si formano da enormi nubi di gas e polveri: la materia che occupa i grandi volumi della nebulosa comincia a contrarsi sempre più velocemente, attratta dalla forza gravitazionale, finché si originano una o più stelle. Non si sa con precisione che cosa renda gravitazionalmente instabili queste nubi, ma si pensa che sia a causa delle onde d’urto delle supernove. In una nube si formano grappoli di stelle, mentre le stelle singole si formano dai “Globuli di Bok”. La materia cade verso il centro di gravità finché la temperatura e la densità aumentano a sufficienza per rallentare la concentrazione. Si forma così la protostella, ancora invisibile a causa dell’involucro opaco di polvere che la circonda. La concentrazione continua finché la temperatura non raggiunge livelli sufficienti ad attivare le reazioni termonucleari (circa un milione di gradi). Si è così formata una stella che produce energia e la emette sotto forma di radiazione elettromagnetica. Con il passare del tempo la radiazione emessa dalla giovane stella spazzerà via e disperderà l’involucro di polveri che ancora la circonda nei primi anni di vita.
Ciò che decide le caratteristiche di ogni stella al momento della sua formazione è la quantità di materia da cui è costituita. Le stelle passano buona parte della loro esistenza bruciando il combustibile nucleare presente nel loro nucleo. Nelle stelle di massa maggiore la combustione avviene in meno anni rispetto a quanto avvenga in stelle a massa minore. Quando il combustibile termina la stella ricomincia a contrarsi, fino a raggiungere temperature ancora più alte e iniziano reazioni diverse da quelle che avvenivano dopo la formazione: prima fra tutte c’è la fusione dell’elio. Sono necessari più di 20 milioni di gradi per mettere in moto tali reazioni che portano la stella diventare una gigante rossa: se la sua massa supera le 4-5 masse solari, la temperatura del nucleo diventa enorme e si possono innescare altre reazioni. I nuclei stellari originati da questi processi in genere esplodono e danno origine ad una supernova: si pensa che con questo stadio si concluda la vita delle stelle. Molte altre stelle invece terminano la loro vita in modo molto più tranquillo, comportandosi come stelle instabili. Nelle giganti rosse, una volta terminato l’elio, la stella collassa e dà origine ad una nana bianca; gli strati superficiali in allontanamento dalla gigante rossa si espandono sempre più, dando origine ad una nebulosa planetaria, che è dunque un momento di transizioni nelle fasi finali della vita di una stella, che fa passare una gigante rossa a nana bianca. Quest’ultima non ha più in sé reazioni termonucleari in atto, ma la superficie continua ad emettere luce bianca attingendo dall’energia gravitazionale.

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