GALASSIE IN COLLISIONE INTERAGENTI

Giulio Scarfi

Associazione Astrofili Spezzini

Prima o poi tutti gli astrofili si sono imbattuti nell'osservazione del 51^ oggetto catalogato da Messier, sicuramente la più bella e famosa coppia di galassie interagenti visibili nell'emisfero nord. Soprannominata Wirpool (che in inglese significa "vortice") tale coppia di galassie è classificata nel catalogo N.G.C. dalle sigle 5194 e 5195 (la più piccola). Proprio l'osservazione del ponte di materia che collega questi due sistemi sarà la cosa che più attirerà la nostra attenzione e che ci darà anche modo di valutare la trasparenza del nostro cielo.

Le galassie interagenti gravitazionalmente o in fase di collisione sono sicuramente tra gli oggetti con le forme più bizzarre ed originali che possiamo trovare nell'universo. Anche se sono relativamente numerosi, circa il 3% di tutte le galassie, la loro osservazione visuale e fotografica risulta spesso molto difficoltosa a causa della bassa luminosità superficiale di questi oggetti.

Inoltre i "ponti" i "getti" gli "archi" che sono formazioni tipiche di questi oggetti e che li rendono così originali, possiedono spesso una luminosità superficiale più bassa della galassia stessa. Un discorso a parte riguarda invece l'uso del C.C.D. che anche in questo caso a causa della sua alta sensibilità è di importanza fondamentale nella ripresa di questi oggetti.

Nel 1917 C.O.Lampland notò dallo studio di lastre fotografiche perfezionate che da due "nebulose" denominate N.G.C. 4038-4039 già catalogate nel 1888, partivano due lunghi e deboli filamenti in direzione opposta ed in modo simmetrico. Nel 1921 questo oggetto fu nuovamente fotografato dal telescopio di 2.5 m di diametro dell'Osservatorio di Mount Wilson e fu allora che vennero osservate con più attenzione e soprannominate, a causa della loro forma assomigliante alle antenne di un insetto, con il nome di "Antenne". Tale sistema stellare dista da noi appena 50 miloni di anni luce. All'interno di tale distanza infatti sono presenti solo un migliaio di galassie. Prima di allora un solo altro oggetto di forma peculiare era conosciuto: il getto di M-87.

Nel 1924 Edwin P. Hubble giungeva alla conclusione che molti oggetti di apparente forma nebulare erano in realtà galassie .

Per molti decenni però anche se la ricerca astronomica extragalattica faceva passi da gigante la relativa bassa sensibilità della strumentazione allora disponibile aveva inpedito la scoperta di galassie contenenti le caratteristiche forme di "ciuffi", "pennacchi", "filamenti", "getti" e "ponti" tipiche delle galassie interagenti. Dal 1949 al 1956 con l'entrata in funzione del mitico 5 metri di Mount Palomar  vennero fotografati i tre quarti di tutto il cielo e la conseguente compilazione del Palomar Sky Survey .Lo studio di questo atlante permise la scoperta di numerosissime galassie peculiari, molte di più di quelle che ci si aspettava dalle teorie di allora. Nel 1959 l'astronomo russo B.A. Vorontsov-Velyanimov  compilò il primo catalogo di galassie interagenti comprendente già 355 oggetti. Ma nel 1966 Halton C. Arp  compilò l' Atlas of Peculiar Galaxies che ancora oggi viene considerato il punto di riferimento per la catalogazione di sistemi di galassie interagenti.

F. Zwicky però fu il primo a notare agli inizi degli ani 50' che questi strani oggetti erano per la maggior parte composti da almeno due o più galassie. Tale semplice cosiderazione portò alla conclusione che queste strane forme erano la diretta conseguenza di intense forze mareali presenti in questi sistemi. Per qualche anno poi le teorie rigurdanti le galassie interagenti subirono un rallentamento ed in un momento anche una recessione quando cioè con l'avvento della radioastronomia era sembrato che l'interazione tra due o  più glalassie provocasse delle fortissime emissioni radio. Questo errore fu provocato sia dalla poca esperienza nelle osservazioni radiastrononmiche sia da una serie di casuali e relative vicinanze prospettiche tra galassie interagenti e oggetti emittenti nel dominio radio. E' da notare comunque che particelle fortemente accelerate dalle forze mareali in gioco producono deboli emissioni anche nelle onde radio.

Dal 1960 al 1970 l'avvento dei supercalcolatori ha dato inizio ad uno studio più serio ed approfonditi di questi fenomeni. Si potevano infatti simulare scontri o interazioni tra due galassie descritte ognuna da una matrice di 350 punti in appena cinque minuti. L'applicazione poi delle più recenti teorie gravitazionali ha dato poi la conferma delle osservazioni infatti i modelli al calcolatore riproducevano esattamente le forme osservate. Attualmente le simulazioni al calcolatore riguardanti le galassie in collisione rappresentano la singola galassia con una matrice di 44.000 punti.

LA TEORIA

Anche le galassie si comportano come entità sociali poichè tendono a riunirsi in gruppi composti anche da migliaia di componenti. Conseguentemente è molto probabile che due o più galassie possano collidere tra loro e interagire gravitazionalmente. Considerando inoltre l'età dell'universo, valutata intorno ai quindici miliardi di anni,la probabilità che questo evento si verifichi diventa relativamente elevata. Recenti studi condotti da astronomi professionisti dimostrano che questi eventi riguardino circa il 3% di tutte le galassie e quindi il numero degli oggetti interessati è molto alto.

I più recenti modelli al calcolatore sembrano inoltre evidenziare che queste collisioni influiscano profondamente sull'evoluzione delle galassie portando addirittura alla formazione di quei sistemi lontani e luminosissimi che prendono il nome di quasar. 

La collisione tra due o più galassie è un fenomeno molto diverso dalle collisioni che conosciamo nella vita quotidiana. Le distanze tra le stelle sono così grandi che anche nel caso di uno scontro tra galassie molto estese e di grande massa le collisioni vere e proprie tra le stelle sono comunque rarissime Molto più importanti invece sono le interazioni gravitazionali che avvengono  tra questi oggetti che risultano quindi deformati sotto l'azione di intense forze mareali.

La velocità di avvicinamento risulta quindi una variabile fondamentale ai fini dell'interazione gravitazionale tra le due galassie. Più bassa sarà e comunque nell'ordine di qualche centinaio di chilometri al secondo e maggiori saranno le forze gravitazionali in gioco mentre nel caso risultasse più elevata nell'ordine delle migliaia di chilometri al secondo le due galassie potrebbero addirittura attraversarsi senza produrre nessun effetto mareale. Nel primo caso in cui la velocità di collisione sia relativamente bassa le forze gravitazionali porteranno alla fusione dei due oggetti e alla formazione di un unica nuova galassia.

Quando due galassie iniziano ad interagire gravitazionalmente le forze mareali tendono a defornarle reciprocamente formando protuberanze, ponti di materia,  nuove braccia e altre strane formazioni tipiche di questi oggetti.

L'interazione inoltre porta alla formazione di intensi fronti d'onda d'urto che comprimono il gas portando alla formazione di nuove stelle e gusci sia luminosi che di materia oscora. Non dimentichiamo poi, che anche la abbondantissima materia oscora presente nelle galassie, che è sicuramente maggiore di quella visibile, collabora alle intense interazioni gravitazionali.

I ponti ed i getti di materia sono sicuramente le formazioni più tipiche di questi oggetti così peculiari. Mentre i primi si formano durante il processo  di avvicinamento o di allontanamento e che a differenza del nome solo raramente collegano le due galassie. i secondi avvengono a causa dell'espulsione di grandi quantità di materia dal lato opposto della direzione di avvicinamento dei due oggetti.

A seconda del tipo di galassia e dellla geometria del fenomeno le interazioni possono formare anche nuovi bracci a spirale, amasse di detriti che si muovono su orbite perpendicolari al piano della galasssia, ad anelli di stelle e gas ed a filamenti luminosi.Certe galassie pur apparendo ormai senza la compagna presentano forme così strane da evidenziare la fusione avuta in precedenza.

Generalmente dopo il primo incontro le due galassie rimangono intrappolate in un unico campo gravitazionale ed iniziano a muoversi molto vicine intorno ad un unico centro gravitazionale.Questo processo è la causa di ulteriori collisioni che nel raggio di alcune centinaia di milioni di anni portano alla fusione ed alla formazione di un unico oggetto. Sopratutto se una delle due compagne possiede una massa molto superiore alla seconda, il risultato che ne consegue è una galassia ellittica formata da gusci di stelle.

Generalmente durante il processo di collisione vi è un grande numero di nuove stelle in formazione poichè i residui gassosi precedentemente presenti nelle due galassie formano imponenti fronti d'urto che li comprimono. Tali galassie infatti emettono ora prevalentemente nel blu ed in pratica subiscono un processo di ringiovanimento.

Le simulazioni al calcolatore spiegherebbero inoltre l' origine e l'evoluzione di una classe di galassie poco studiata ma molto presenti nell'universo: le ellittiche. Tali oggetti si incontrano in tutto l'universo e tendono a concentrarsi in grandi ammassi composti anche da migliaia di membri.

Le differenze fisiche e chimiche principali rispetto alle altre classi di galassie rigurada la quasi totale assenza di gas interstellare e la grande casualità delle orbite stellari che non si trovano tutte a giacere su un unico piano. Non si è ancora del tutto certi ma sembra che tali galassie possano essersi formate a causa di un processo di fusione tra due galassie originarie. Sembra infatti plausibile che i campi gravitazionali fortemente variabili che si sviluppano durante la collisione o fusione tra due galassie possano rimescolare in maniera casuale le orbite delle stelle dando vita ad un aggregato disordinato. La presenza di questa classe di galassie soprattutto in grandi ammassi sembra accreditare questa teoria poichè nei grandi ammassi di galassie gli eventi di interazione e fusione hanno maggiori possibilità di avvenire. Le simulazioni al calcolatore riguardanti questi fenomeni dimostra che i profili di luminosità dei prodotti di queste fusioni sono identici a quelli delle galassie ellittiche.

Non tutte le proprietà delle galassie ellittiche possono essere spiegate invocando il fenomeno della fusione di due o più galassie. Ad esempio questo non spiegherebbe perchè quelle più luminose ruotino a velocità diverse da quelle meno luminose, poi vi è il problema che in certi ammassi di galassie dove vi è poca possibilità di interazioni vi siano invece presenti un grande numero di galassie ellittiche.

Gli ammassi di Ercole e della Chioma di Berenice sono due splendidi esempi in appoggio a queste teorie. Il primo contiene solo galassie a spirale in fase di interazione, mentre il secondo, composto quasi esclusivamente da galassie ellittiche sembrerebbe trovarsi in uno stadio più evoluto.

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