Come vengono classificate le galassie dell’Universo secondo il diagramma di Hubble?

Le galassie che popolano l'Universo possiedono differenti caratteristiche fisiche e morfologiche che dipendono strettamente dal tipo di stelle che in esse sono presenti e dalla quantità e stato fisico del gas da cui le stelle si formano. In questo articolo vedremo insieme quali tipi di galassie popolano l'Universo, quali sono le loro caratteristiche fisiche e se la popolazione di galassie è rimasta la stessa nel corso della storia dell'Universo o ha subito una evoluzione.

I tipi di galassia

Lo studio sistematico della morfologia delle galassie è iniziato nel 1926 con la pubblicazione della cosiddetta sequenza o diagramma di Hubble, dal nome dell'omonimo astronomo statunitense Edwin Hubble. Tale sequenza ha subito varie rivisitazioni nel corso del Novecento, man mano che gli strumenti di osservazione venivano perfezionati. Secondo tale sequenza, le galassie possono essere classificate in quattro categorie principali: le galassie ellittiche, le galassie a spirale, le galassie lenticolari e le galassie irregolari. Ogni categoria possiede a sua volta delle sotto-classificazioni, come ad esempio le spirali che come vedremo si dividono in spirali regolari e spirali barrate.

Galassie ellittiche

Le galassie ellittiche, come suggerisce il nome stesso, sono costituite da una distribuzione di stelle ellissoidale e nella sequenza di Hubble sono di solito accompagnate da un numero da 0 a 7, a seconda di quanto la sua morfologia apparente sia più circolare (E0) o più ellittica (E7). In generale, le galassie ellittiche non hanno formazione stellare in atto e sono quindi costituite per lo più da stelle di età avanzata, ovvero con età maggiore dei 2-3 miliardi di anni.

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L'assenza di formazione stellare implica che nelle galassie ellittiche vi sia in generale una scarsissima presenza di gas nello stato fisico che gli permette di essere il carburante da cui nuove generazioni di stelle si formano. Nonostante ciò, le ellittiche sono tra le galassie più grandi e massicce dell'Universo, arrivando anche a masse di più di 10000 miliardi di masse solari nel caso delle ellittiche giganti che risiedono al centro degli ammassi di galassie.

Galassie a spirale

Le galassie a spirale, come la nostra Via Lattea, devono il loro nome alla struttura a bracci di spirale di cui sono costituite. Queste braccia di spirale, che seguono in prima approssimazione una spirale logaritmica, possono essere più o meno avvolti attorno alla struttura centrale della galassia, chiamata "bulge". L'avere le braccia di spirale più strette o più aperte attorno al bulge divide le galassie a spirale in sotto-categorie da Sa a Sc, rispettivamente.

Un'altra caratteristica morfologica importante delle galassie a spirale è la presenza o meno di una struttura stellare a forma di barra all'interno del bulge, cosa che le discrimina in spirali barrate e spirali regolari. Diversamente dalle ellittiche, le spirali sono galassie che stanno attivamente formando stelle, con la formazione stellare che avviene per lo più nelle braccia di spirale e nel disco galattico. Di conseguenza, esse sono costituite da un mix di stelle giovani e stelle di età avanzata, ma soprattutto possiedono molto gas nello stato fisico che permette a nuove generazioni di stelle di nascere. Le galassie a spirale raggiungono masse leggermente più piccole di quelle delle ellittiche, fino a circa 1000 miliardi di masse solari.

Galassie lenticolari

Le galassie lenticolari, chiamate anche S0 nella classificazione di Hubble, costituiscono, almeno morfologicamente, una sorta di via di mezzo tra le ellittiche e le spirali. Esse devono il loro nome al fatto che, quando guardate di taglio, assomigliano ad una lente. Le galassie lenticolari sono costituite da una prominente struttura sferoidale centrale di stelle, simile alle ellittiche, ma sono anche dotate di un disco stellare, come le spirali, sebbene privo di braccia di spirale.

Anch'esse sono per lo più dotate di stelle di età avanzata e hanno solo poca attività di formazione stellare. Gli astronomi sono ancora incerti su quali siano i meccanismi che portano alla formazione delle galassie lenticolari: alcuni ipotizzano che siano semplicemente spirali che hanno esaurito tutto il gas a disposizione per formare nuove stelle, mentre altri sostengono che si siano formate dalla fusione tra due galassie.

Galassie irregolari

Le galassie irregolari sono tali poiché non possiedono nessuna struttura regolare riconoscibile. Esempi di galassie irregolari sono le nubi di Magellano, visibili solo dall'emisfero australe, o tutte quelle galassie che sono il risultato della fusione recente tra due o più oggetti. Nel caso in cui le galassie che si stiano fondendo possiedano un grande quantitativo di gas, il processo di fusione può innescare nuova formazione stellare ed infatti non è affatto raro trovare nelle galassie irregolari intensa attività di formazione stellare. Esse costituiscono comunque la minoranza degli oggetti all'interno della classificazione di Hubble.

Come vengono studiate le galassie?

L'appartenenza di una galassia ad una specifica categoria del diagramma di Hubble veniva stabilita in passato attraverso l'analisi visuale di come la galassia appare al telescopio. Il suo essere più o meno ellittica, quanto le braccia di spirale sono avvolte, la presenza di una struttura a barra centrale, sono tutti indicatori che vengono usati dagli astronomi per assegnare una classe di appartenenza alle galassie. Dal momento che questo tipo di classificazione richiede che un astronomo guardi una ad una ogni galassia, e dal momento che dal 2000 in poi con l'avvento dei grandi progetti di ricerca internazionali il numero di galassie di cui abbiamo immagini nitide è aumentato in maniera significativa, oggigiorno vengono utilizzati metodi automatizzati per classificare le galassie.

Questi si basano ad esempio sulla misura di come la quantità di luce che arriva da una galassia diminuisce man mano che ci si allontana dal centro della galassia stessa oppure su metodi di "machine learning" in cui si addestrano dei computer a classificare le galassie sulla base di un campione di cui la classificazione è nota.

L'evoluzione della popolazione di galassie

La classificazione di Hubble è basata per lo più sull'analisi delle galassie dell'Universo locale, ovvero di quegli oggetti che si trovano in una regione attorno alla Via Lattea che per convenzione è definita essere di circa 1 miliardo di anni-luce di raggio. In questo Universo locale, gli effetti di evoluzione delle galassie sono trascurabili, cioè le galassie non si sono evolute molto nell'ultimo miliardo di anni. Ma non è stato sempre così nel corso della storia dell'Universo.

Guardando più indietro nel tempo, gli astronomi si sono resi conto che il numero di oggetti appartenenti all'una o l'altra categoria morfologica variano in numero. Ad esempio, nell'Universo locale le spirali barrate costituiscono circa il 70% di tutte le galassie visibili, mentre questa frazione era solo del 10% 8 miliardi di anni fa. Un'altra significativa evoluzione si ha nell'attività di formazione stellare. Gli astronomi hanno scoperto che le galassie in passato formavano molte più stelle, con il picco di formazione stellare avutosi circa 10 miliardi di anni fa, quando l'Universo aveva solo 3 miliardi di anni. Ciò implica che più si va indietro nel tempo, più risulta raro trovare galassie ellittiche che non formano stelle.

Se questo articolo vi ha ispirato, sappiate che chiunque può cimentarsi nel processo di classificazione delle galassie e dare una mano agli astronomi oberati di dati di analizzare. Basta collegarsi al sito di Galaxy Zoo e seguire il tutorial che spiega passo passo quali sono le caratteristiche da ricercare nelle immagini delle galassie per poterle posizionare nella giusta categoria di appartenenza del diagramma di Hubble.