La Galassia Girasole, Messier 63, inclinata rispetto alla nostra linea di vista, con una metà che appare chiaramente più polverosa dell'altra. Questa è una galassia a spirale evoluta che non ha avuto recentemente una fusione importante ed è solo un po 'più a spirale (o flocculenta) della nostra. (ESA / HUBBLE e NASA)

Com'era quando la Via Lattea prese forma?

Miliardi di anni fa, la Via Lattea sarebbe stata irriconoscibile. Ecco come ha preso la sua forma moderna.

La galassia della Via Lattea può essere solo uno dei trilioni nell'Universo osservabile, ma è straordinariamente speciale come la nostra casa cosmica. Composto da poche centinaia di miliardi di stelle, circa un trilione di masse solari di materia oscura, un buco nero centrale supermassiccio e una pletora di gas e polvere, in realtà siamo in qualche modo tipici delle galassie moderne. Non siamo né tra le galassie più grandi né più piccole, né siamo in un ammasso ultra-massiccio o trovati in isolamento.

Ciò che ci rende speciali, tuttavia, è quanto siamo evoluti. Alcune galassie crescono rapidamente, esaurendo il loro combustibile e diventando "rosse e morte" quando perdono la capacità di formare nuove stelle. Alcune galassie subiscono importanti fusioni, trasformandosi da spirali in ellittiche quando ciò accade. E altri sperimentano enormi interruzioni delle maree, che portano a braccia a spirale ampie e distese. Non la Via Lattea, però. Siamo cresciuti esattamente come ti aspetteresti. Ecco come ci siamo arrivati.

La Whirlpool Galaxy (M51) appare rosa lungo i suoi bracci a spirale a causa di una grande quantità di formazione stellare che si sta verificando. In questo caso particolare, una galassia vicina che interagisce gravitazionalmente con la galassia Whirlpool sta innescando questa formazione stellare, ma tutte le spirali ricche di gas mostrano un certo livello di nascita di nuove stelle. (NASA, ESA, S. BECKWITH (STSCI) E THE HUBBLE HERITAGE TEAM STSCI / AURA))

Al momento, galassie come la Via Lattea sono incredibilmente comuni. Ecco alcune proprietà che in genere vengono visualizzate:

  • centinaia di miliardi di stelle,
  • concentrato in una forma simile a un pancake,
  • circondato da ammassi globulari a forma di aureola,
  • contenenti bracci a spirale che si estendono radialmente verso l'esterno per decine di migliaia di anni luce,
  • con una caratteristica simile a una barra centrale proveniente da una regione rigonfia,
  • un'enorme quantità di gas e polvere concentrata nel piano galattico,
  • e giovani regioni di formazione stellare hanno trovato dove il gas e la polvere sono più densi.

Un tale colosso esercita un'enorme attrazione gravitazionale che agisce su tutto il resto nelle vicinanze. È possibile riconoscere una galassia come questa da lontano, con la luce stellare che ne fuoriesce come omaggio caratteristico. Ma non avrebbe potuto essere così per sempre. Quello che sappiamo come il nostro Universo è iniziato con il Big Bang circa 13,8 miliardi di anni fa e le galassie non avrebbero potuto essere sempre così. In effetti, se guardiamo abbastanza indietro, possiamo vedere le differenze che iniziano ad apparire.

Le galassie paragonabili all'attuale Via Lattea sono numerose, ma le galassie più giovani simili alla Via Lattea sono intrinsecamente più piccole, più blu, più caotiche e più ricche di gas in generale rispetto alle galassie che vediamo oggi. Per le prime galassie di tutto, questo effetto va all'estremo. Per quanto abbiamo mai visto, le galassie obbediscono a queste regole. (NASA ED ESA)

Rispetto alla Via Lattea e alle altre galassie simili alla Via Lattea che vediamo oggi, le galassie erano:

  • più giovane, come dimostra un aumento delle giovani stelle,
  • più blu, poiché le stelle più blu muoiono più velocemente,
  • più piccolo, perché le galassie si fondono insieme e attraggono più materia nel tempo,
  • e meno a spirale, perché vediamo solo le parti più luminose delle galassie più attive, distanti, a forma di stella.

La nostra galassia oggi, in altre parole, è il risultato di 13,8 miliardi di anni di evoluzione cosmica, in cui un gran numero di piccole proto-galassie si sono fuse insieme e hanno attratto materia aggiuntiva in esse. Siamo ciò che rimane dopo che innumerevoli altre galassie sono state ingoiate dalla nostra.

La formazione stellare, i ponti di gas e le galassie di forma irregolare sono solo alcune delle caratteristiche che sorgono nel Gruppo 31 di Hickson Compact. I gruppi compatti possono spesso illustrare come appaiono le fusioni di galassie in una varietà di fasi e circostanze. (NASA / STSCI / WIKISKY / HUBBLE E WIKIMEDIA COMMONS USER FRIENDLYSTAR)

La storia di come abbiamo costruito la nostra Via Lattea è come costruire una struttura gigantesca con LEGO. Solo, invece che i LEGO rimangano gli stessi nel tempo, cambiano attivamente forma mentre assembliamo la nostra struttura. Sarebbe come iniziare con tutti i pezzi per mettere insieme 100 diversi combattenti LEGO X-Wing e finire con uno Star Destroyer quando avremo finito.

Le galassie, vedi, non crescono solo attirando altre galassie e fondendosi insieme per formare quelle più grandi. Anche le galassie si evolvono, nel senso che:

  • ruotare,
  • forma stelle,
  • imbuto materia verso il centro,
  • generare onde di densità lungo i loro bracci a spirale,
  • attirare materia aggiuntiva dall'esterno della galassia lungo i filamenti cosmici,
  • e cambia forma e orientamento in base alle altre galassie e alla materia che vi cade.
Composito a lunghezza multipla di galassie interagenti NGC 4038/4039, le Antenne, che mostrano le loro code di marea omonime in radio (blues), nascite di stelle passate e recenti in ottica (bianchi e rosa) e una selezione delle attuali regioni di formazione stellare in mm / submm ( arance e gialli). Inserto: le prime viste di prova mm / submm di ALMA, nelle bande 3 (arancione), 6 (ambra) e 7 (giallo), che mostrano dettagli che superano tutte le altre viste in queste lunghezze d'onda. ((NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); HST (NASA, ESA e B. WHITMORE (STSCI)); J. HIBBARD, (NRAO / AUI / NSF); NOAO / AURA / NSF )

Mentre le prime proto-galassie che alla fine si sono sviluppate nella Via Lattea potrebbero essersi formate solo 200–250 milioni di anni dopo il Big Bang, l'evoluzione cosmica è continuata per tutto quel tempo.

Il primo stadio stava formando le prime stelle e ammassi stellari, che dura circa 100 milioni di anni, e si formò dal materiale incontaminato (idrogeno ed elio) lasciato dal Big Bang. Questi ammassi stellari si sono evoluti rapidamente, determinando una fine vita molto rapida per le loro stelle. Quando quelle stelle morirono, inquinarono il mezzo interstellare con elementi pesanti che diedero origine alla seconda generazione di stelle. Col passare dei 200-300 milioni di anni, i gruppi di stelle si erano fusi l'uno con l'altro, dando origine alle primissime galassie.

Le galassie che stanno attualmente subendo interazioni o fusioni gravitazionali stanno quasi sempre formando nuove, luminose stelle blu. Il semplice collasso è inizialmente il modo di formare le stelle, ma la maggior parte della formazione stellare che vediamo oggi deriva da un processo più violento. Le forme irregolari o perturbate di tali galassie sono una firma chiave del fatto che questo è ciò che sta accadendo e le prove di queste fusioni possono risalire fino ai nostri telescopi. (NASA, ESA, P. OESCH (UNIVERSITÀ DI GINEVRA) E M. MONTES (UNIVERSITÀ DI NUOVI GALLES DEL SUD))

La rete cosmica inizia quindi a prendere forma. Col passare del tempo, la gravitazione può raggiungere distanze sempre più grandi, causando la caduta di grumi di materia su larga scala. Quando un grumo che è più piccolo della prima galassia lo cade, viene tidalmente diviso e incanalato nell'interno della galassia delicatamente e lentamente, dove può essere semplicemente assorbito nel tempo.

Queste fusioni minori sono comuni e qualsiasi cosa fino a circa un terzo della massa della galassia totale rientra in questa categoria. Qualsiasi struttura interna, come bracci a spirale, regioni a forma di stella, una barra o un rigonfiamento dovrebbe rimanere intatta. Nel frattempo, il gas e la polvere aggiuntivi forniscono nuovo combustibile per le nuove generazioni di stelle. La formazione stellare di solito si intensifica durante gli eventi di fusione, anche minori. Per i primi 2 o 3 miliardi di anni, questo processo era comune.

Quando nell'universo si verificano importanti fusioni di galassie di dimensioni simili, formano nuove stelle dall'idrogeno e dall'elio gas presenti al loro interno. Ciò può comportare un aumento della velocità della formazione stellare, simile a quello che osserviamo nella vicina galassia Henize 2–10, situata a 30 milioni di anni luce di distanza. Questa galassia probabilmente si evolverà, dopo la fusione, in una gigantesca ellittica. (RAGGI X (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL); RADIO (NRAO / AUI / NSF); OTTICO (NASA / STSCI))

Ma col passare del tempo e l'Universo si espande, le fusioni diventano, in media, meno comuni ma più importanti. Le galassie si raggruppano e si raggruppano in gruppi di molte dimensioni diverse, ma a volte possono formare grandi ammassi di galassie con centinaia o addirittura migliaia di volte la massa del nostro gruppo locale. Questi densi ammassi di galassie sono alcuni dei luoghi più spettacolari dell'Universo, ma sono anche relativamente rari: la maggior parte della massa e la maggior parte delle galassie si trovano in piccoli gruppi come il nostro, non nei grandi ammassi che vediamo così prevalentemente nel nostro universo. Quando passarono 4 o 5 miliardi di anni, divenne chiaro che non saremmo mai diventati parte di un enorme ammasso.

Tuttavia, è importante mantenere piccole queste fusioni. Se ne sperimentiamo uno importante, in cui due galassie di dimensioni simili si scontrano, possono indurre un enorme scoppio di formazione stellare, che può utilizzare tutto il gas disponibile per formare le stelle e "mescolare" la materia nella galassia.

La galassia dinamica ultramassiva che unisce Abell 370, con massa gravitazionale (principalmente materia oscura) inferita in blu. Molte galassie ellittiche si trovano all'interno di enormi ammassi come questo, a seguito di importanti fusioni avvenute miliardi di anni fa. Vi è ancora un gran numero di spirali, poiché la massa totale di questo ammasso di galassie può superare di mille volte quella del Gruppo Locale. (NASA, ESA, D. HARVEY (ISTITUTO FEDERALE DI TECNOLOGIA SVIZZERA), R. MASSEY (DURHAM UNIVERSITY, UK), THE HUBBLE SM4 ERO TEAM E ST-ECF)

Ciò si traduce in genere nella creazione di una gigantesca galassia ellittica: una che forma stelle tutte in una volta in numero tremendo, e poi mai più. Questo è lo stadio finale dell'evoluzione della galassia per la maggior parte delle galassie, ma si basa su più grandi galassie che si frantumano insieme. Questa realizzazione aiuta a spiegare perché le ellittiche giganti sono comuni all'interno di enormi ammassi di galassie, ma molto più rare in gruppi o in isolamento.

Ci vuole molta massa, costruita nel tempo, per creare una fusione importante. Finché una galassia è abbastanza grande (come nella dimensione della Via Lattea o simile), c'è materiale disponibile per formare nuove stelle (gas). Finché le galassie hanno un momento angolare e un asse di rotazione preferito (cosa che fanno in assenza di una fusione maggiore), e finché hanno abbastanza tempo per sistemarsi in una forma stabile (che hanno tutti, a meno che non ci sia stato un recente importante fusione), prevediamo che abbiano una forma a spirale.

La galassia isolata MCG + 01–02–015, tutta solitaria per oltre 100.000.000 di anni luce in tutte le direzioni, è attualmente considerata la galassia più solitaria dell'Universo. Le caratteristiche viste in questa galassia sono coerenti con il fatto che si tratta di una spirale massiccia che si è formata da una lunga serie di fusioni minori, ma essendo stata relativamente silenziosa su quel fronte per miliardi di anni. (ESA / HUBBLE & NASA E N. GORIN (STSCI); RICONOSCIMENTO: JUDY SCHMIDT)

La nostra Via Lattea probabilmente è cresciuta da una serie di proto-galassie che si sono stabilizzate in una forma a spirale, poi gradualmente hanno inghiottito molte delle galassie più piccole presenti nel Gruppo Locale. Non abbiamo nemmeno raccolto la maggior parte di loro; quell'onore va al nostro vicino, Andromeda. Né abbiamo finito: ci sono galassie satellitari che si fondono con noi oggi e alcune galassie nella nostra periferia, come le due nuvole di Magellano, che probabilmente saranno divorate nei prossimi centinaia di milioni di anni circa.

La storia cosmica che ha portato alla nascita della Via Lattea è quella della sopravvivenza della più grande. Quando si tratta di dominare la galassia, la massa è il fattore schiacciante.

Col passare del tempo, questa forma piatta, simile a un disco, cominciò a finire. Le nostre braccia a spirale diventarono più pronunciate e svilupparono più curve in esse. Gli speroni si staccarono dalle braccia e le interazioni gravitazionali ci portarono a formare stelle lungo le estremità della coda della nostra galassia. Gas addizionale fluì nella periferia, alla fine venne incanalato verso il centro.

Mentre le galassie continuano ad evolversi, sviluppano anche funzionalità che potremmo riconoscere. Un rigonfiamento centrale si forma nella regione più densa della materia. Ci sono percorsi che hanno più successo nel guidare la materia nel nocciolo: una barra centrale si sviluppa e cresce. La dinamica del gas e delle stelle fa sì che la galassia diventi un disco ancora più sottile e si espanda verso i bordi, aumentando di raggio ma diminuendo di spessore.

E infine, poiché la gravità fa l'inevitabile, tutte le galassie legate insieme alla fine si fonderanno. La stessa Via Lattea è destinata, a circa 4 miliardi di anni da oggi, per una fusione con Andromeda.

Una serie di immagini fisse che mostrano la fusione della Via Lattea-Andromeda e di come il cielo apparirà diverso dalla Terra mentre accade. Questa fusione avverrà all'incirca 4 miliardi di anni in futuro, con un enorme scoppio di formazione stellare che porta a una galassia ellittica rossa e morta, priva di gas: Milkdromeda. Un'unica, grande ellittica è il destino finale dell'intero gruppo locale. (NASA; Z. LEVAY E R. VAN DER MAREL, STSCI; T. HALLAS; E A. MELLINGER)

La storia cosmica che ha portato alla Via Lattea è in costante evoluzione. Probabilmente ci siamo formati da centinaia o addirittura migliaia di piccole galassie nella fase iniziale che si sono fuse insieme. Le braccia a spirale probabilmente si formarono e furono distrutte molte volte dalle interazioni, solo per riformarsi dalla natura rotante e ricca di gas di una galassia in evoluzione. La formazione stellare si è verificata all'interno di onde, spesso innescate da piccole fusioni o interazioni gravitazionali. E queste ondate di formazione stellare hanno portato aumenti dei tassi di supernova e arricchimento di metalli pesanti. (Il che suona come l'attività doposcuola preferita da tutti.)

Questi continui cambiamenti si stanno ancora verificando e giungeranno a una conclusione miliardi di anni in futuro, quando tutte le galassie del gruppo locale si saranno unite. Ogni singola galassia ha la sua storia cosmica unica e la Via Lattea è solo un tipico esempio. Come siamo cresciuti, ci stiamo ancora evolvendo.

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  • Com'è stato quando l'Universo ha realizzato i suoi primi elementi?
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  • Com'era quando non c'erano stelle nell'Universo?
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  • Com'è stato quando sono morte le prime stelle?
  • Com'è stato quando l'Universo ha realizzato la sua seconda generazione di stelle?
  • Com'è stato quando l'Universo ha realizzato le prime galassie?
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Starts With A Bang è ora su Forbes e ripubblicato su Medium grazie ai nostri sostenitori di Patreon. Ethan ha scritto due libri, Beyond The Galaxy e Treknology: The Science of Star Trek da Tricorders a Warp Drive.