Il diapason di Hubble e la classificazione delle galassie

Lettura aggiuntiva da www.astronomynotes.com

• Tipi di galassie
• Spirali
• Irregolari

In concomitanza con la sua scoperta delle stelle Cefeidi in Andromeda, Edwin Hubble stava lavorando a metà degli anni ’20 per studiare altre galassie più in dettaglio (anche se, a quel punto, era ancora terminologia comune riferirsi ad esse come nebulose). Succede spesso, con la scoperta di una nuova classe di oggetti, che gli astronomi inventino uno schema di classificazione come primo passo per cercare di capire questi oggetti. A Hubble viene attribuito il merito di aver creato uno schema di classificazione per le galassie, a cui ci si riferisce solitamente come al suo diagramma “Tuning Fork”.

Figura 9.2: Schema di classificazione del Tuning Fork di Hubble da Hubblesite. Questo è un classico tipo di immagine usato ancora oggi dagli astronomi per mostrare come vengono classificate le galassie. Sulla sinistra ci sono quattro immagini di galassie ellittiche che procedono da quasi circolare / sferoidale (tipo E0) a molto allungata ellittica / ellissoidale (E7). Un’immagine di una galassia S0 è la prossima, che è considerata un oggetto di transizione con alcune proprietà simili alle galassie a spirale e altre più simili alle galassie ellittiche. A questo punto del diagramma, la forma “diapason” si biforca — con tre immagini di galassie a spirale in alto e tre immagini di galassie a spirale barrata in basso. Man mano che si procede lungo la parte superiore da Sa a Sb a Sc o lungo la parte inferiore da SBa a SBb a SBc, i bracci si aprono di più e il bulge centrale diventa meno prominente.

Credito: Space Telescope Science Institute

Il Diapason di Hubble è stato riprodotto molte volte con molti set diversi di immagini di galassie. Una versione particolarmente dettagliata è stata prodotta dal gruppo Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS). Il gruppo ha scritto un breve articolo che descrive il loro lavoro per voi da leggere. Se vuoi stamparlo come un poster a grandezza naturale per la tua classe, hanno reso disponibile un file TIFF 4200×3600 che fornisce una risoluzione sufficiente per farlo.

Diviene molto evidente dopo aver osservato solo alcune galassie, come fece Hubble, che ci sono una grande varietà di tipi. Alcune sono senza caratteristiche, mentre altre hanno bracci a spirale molto distinti. Qui sotto ci sono dei link ad un certo numero di immagini dei vari tipi di galassie. Dopo aver osservato un certo numero di galassie diverse, discuteremo lo schema di classificazione di Hubble qui sotto.

Edwin Hubble classificò le galassie usando i tipi che vedi illustrati nelle due immagini a diapason; quella sopra e l’immagine SINGS. I suoi tipi principali sono:

• Spirali,
• Spirali barrate,
• Elittiche,
• e Irregolari.

In ognuno di questi gruppi, ci sono anche sotto-classificazioni.

Spirali

Una galassia a spirale è classificata come una galassia S con sottoclassificazione a, b, o c, così per esempio, M51 sopra è classificata come una galassia Sb. Le sottoclassi sono divise in base alla dominanza della componente del bulge della galassia. Nelle galassie Sa, il bulge domina la galassia, mentre nelle galassie Sc, il bulge è molto più piccolo. Questo è etichettato sul diapason SINGS.

Anche l’aspetto dei bracci a spirale cambia tra le sottoclassi a, b e c. Nelle galassie Sa, i bracci sono strettamente avvolti intorno al bulge, mentre nelle galassie Sc i bracci sono molto più sciolti, e spesso appaiono più grumosi dei bracci lisci di una galassia Sa. Le galassie Sb hanno proprietà intermedie tra quelle delle galassie Sa e Sc.

Possiamo classificare le galassie a spirale edge-on in base all’aspetto del loro bulge, anche senza essere in grado di vedere i bracci a spirale. Così, per esempio, la spirale edge-on M104 – la galassia Sombrero, vista sotto, può essere classificata come una galassia Sa.

Figura 9.3: Immagine Hubble di M104, una galassia a spirale Sa vista edge-on

Ecco un’altra galassia a spirale edge-on, NGC 4565. Puoi indovinare a quale tipo verrebbe assegnata, Sa, Sb o Sc? Qual è la differenza più evidente tra NGC 4565 e M104?

Figura 9.4: Immagine da terra di NGC 4565

Credit: NOAO / AURA / NSF

Siccome la Via Lattea è una galassia a spirale, si possono considerare le sue proprietà come esemplificative delle galassie a spirale in generale. Le galassie a spirale come la Via Lattea contengono spesso grandi quantità di gas e polvere, e data la presenza di gas, si trovano a contenere molte giovani stelle e regioni di formazione stellare. I colori delle galassie a spirale variano da luogo a luogo all’interno della galassia, ma a causa della presenza di stelle O&B in queste galassie, i loro colori generali tendono ad essere verso l’estremità blu dello spettro.

Spirali barrate

In alcune galassie a spirale, il bulge ha una BAR ben definita che passa attraverso il bulge. Hubble ha classificato queste galassie riferendosi a loro come galassie SB con sottoclassi a, b, e c, proprio come le spirali normali. I bracci di spirale nelle spirali barrate sembrano avere origine alle estremità della barra, invece che nel bulge, come fanno nelle spirali normali. Noi crediamo che la Via Lattea sia una spirale barrata, forse del tipo SBb o SBc. L’immagine schematica della Via Lattea che hai studiato in una lezione precedente mostra la barra della Via Lattea. A parte la presenza della barra, le proprietà delle galassie a spirale barrata sono molto simili alle spirali normali.

Elittiche

Le galassie ellittiche (tipo E nello schema di Hubble) sono galassie senza caratteristiche che sembrano essere solo una palla di stelle. Non hanno evidenti corsie di polvere e nubi di gas come quelle che vediamo nelle galassie a spirale. Non c’è un tour di immagini Hubble di una galassia ellittica, perché non ci sono caratteristiche da visitare! Senza gas e senza polvere, non ci sono giovani stelle o regioni di formazione stellare che si vedono nelle tipiche galassie ellittiche. I colori complessivi e gli spettri delle galassie ellittiche sono molto simili alle stelle K, poiché sono dominati da queste stelle più vecchie e rosse.

Alle sottoclassi della classe ellittica vengono assegnati dei numeri in base a quanto rotonde appaiono. Le ellittiche più rotonde sono indicate come galassie E0, e le galassie di forma più ellittica che abbiamo osservato sono etichettate come galassie E7. La designazione numerica è determinata dal rapporto tra l’asse maggiore (a) e l’asse minore (b) dell’oggetto. L’ellitticità è definita come e = 1 – (b/a), quindi un cerchio avrà un’ellitticità di 0, e una galassia altamente ellittica con un asse minore del 30% della lunghezza del suo asse maggiore avrà un’ellitticità di e = 1 – (3 / 10) = 0,7. Una galassia E0 ha un’ellitticità di 0, e una galassia E7 ha un’ellitticità di 0,7, quindi per determinare la classificazione di Hubble, si moltiplica l’ellitticità per 10. Siate consapevoli che, proprio come con le galassie a spirale, la nostra immagine di quell’oggetto è una proiezione 2D di un oggetto 3D, e quindi la classificazione vi dice solo come appare dal vostro punto di vista. Se consideri un pallone da calcio come un’analogia decente per una galassia ellittica (vedi immagine qui sotto), se lo guardi dalla vista laterale come nell’immagine, puoi vedere la sua natura ellittica. Tuttavia, se la si guarda dal punto di vista della punta del pallone, essa apparirà circolare. Quindi, una galassia ellittica che ci appare come una E0, potrebbe apparire come una E7 ad un osservatore che vive in una galassia lontana con un punto di vista diverso dal nostro.

Figura 9.5: Football americano

Fonte: Wikimedia

Ci sono alcune galassie che sembrano essere intermedie tra le ellittiche e le spirali. Sono galassie a disco con bulge, ma hanno pochissimo o nessun gas e polvere come le altre spirali. I loro dischi non mostrano nemmeno segni di bracci a spirale. Queste galassie sono solitamente chiamate galassie lenticolari o galassie S0.

Irregolari

Infine, abbiamo la categoria “varie”. Tutto ciò che è così insolito da non poter essere inserito in nessuna delle categorie normali è chiamato galassia irregolare. Anche in questo gruppo ci sono due sottoclassi. Le galassie irregolari I (come le Nubi di Magellano) sembrano avere una qualche struttura a spirale, ma sembra essere stata interrotta. Le galassie irregolari II sono molto più disturbate delle galassie Irr I e sembrano essere state vittime di qualche tipo di evento violento che ha completamente sconvolto la loro forma originale. Molte galassie irregolari si trovano a contenere molte stelle giovani e a sperimentare una significativa formazione stellare in corso.

In conclusione…

A questo punto, va notato che la classificazione delle galassie non è un’impresa molto precisa. Infatti, se si fa qualche ricerca su alcune delle galassie di cui sopra, si troverà una varietà di classificazioni date per lo stesso oggetto. Per esempio, M81 può essere trovato etichettato come Sa o Sb. A seconda del tipo di osservazioni fatte (per esempio, osservazioni ottiche contro osservazioni all’infrarosso), una spirale barrata può avere una barra prominente in un’immagine, e può essere quasi inosservabile in un’altra. Quindi, si può trovare la stessa galassia classificata come una Sb o una SBb a seconda di come è stata osservata.

Ci sono molte altre proprietà delle galassie che possiamo discutere in dettaglio, ma per concludere la nostra discussione sulle galassie normali, dovremmo discutere brevemente le dimensioni delle galassie tipiche. Tra le spirali e le spirali barrate, c’è una ragionevole quantità di uniformità. Alcune galassie a spirale, come M33, sono misuratamente più piccole di altre, come M31, che è circa quattro volte più grande. Tuttavia, in generale, le differenze sono piccole. All’interno della classe delle galassie ellittiche, tuttavia, c’è una gamma molto più ampia di dimensioni. Alcune galassie sono definite ellittiche nane perché condividono molte delle proprietà delle galassie ellittiche ma sono significativamente più piccole e meno massicce. NGC 205 è un esempio. Se facciamo un censimento delle galassie nell’Universo, sembra che per numero, le ellittiche nane siano il tipo di galassia più comune nell’Universo.