Galassie A Spirale

Battaglia dei rigonfiamenti: gli astronomi si sono sbagliati sulle galassie a spirale per tutto questo tempo?

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Qualche grande novità dallo zoo della galassia : Assomiglia molto a un classico schema di classificazione per le galassie, ideato per la prima volta dallo stesso Edwin Hubble! — potrebbe essere, ehm, sbagliato. Le conseguenze di questo sono tanto drammatiche quanto cosmiche: implica fortemente che anche il modo in cui abbiamo pensato a come le galassie si formano e mantengono i bracci a spirale è sbagliato. Invece di essere caratteristiche semi-permanenti delle galassie, possono effettivamente finire, scomparire e riformarsi di nuovo!

Oh. Questo è un grosso problema.

La classificazione è un primo passo naturale quando hai una collezione di oggetti e stai cercando di capirli. Se riesci a ordinarli in qualche modo, puoi iniziare a capirli. Una volta che gli astronomi hanno iniziato a montare fotocamere su grandi telescopi tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, hanno scoperto che le galassie - che per la maggior parte sembrano piccole macchie sfocate all'occhio - hanno un'incredibile varietà di forme. Ma rientravano in quattro grandi categorie : ellittica, spirale, irregolare e peculiare.



Le galassie a spirale (quelle con bracci a spirale) avevano due componenti principali: le braccia stesse e un rigonfiamento centrale di stelle da cui sembravano emanare le braccia. Inoltre, sembrava esserci uno spettro di forme di queste galassie, da piccoli rigonfiamenti a grandi. Le galassie con grandi rigonfiamenti centrali avevano bracci a spirale strettamente avvolti, mentre quelle con rigonfiamenti più piccoli avevano bracci più aperti. Hubble e il suo team li hanno classificati anche in questo modo, con il primo chiamato galassie Sa e il secondo Sc, con le galassie Sb intermedie tra le due. Inoltre, le galassie Sa tendevano ad avere bracci continui ben formati, e quelle Sc hanno bracci più ingombranti e meno definiti.

C'era anche una terza struttura, chiamata barra, che sembra una caratteristica rettangolare o a forma di losanga al centro della galassia. Queste sono chiamate spirali barrate e sembravano avere le stesse strutture delle spirali regolari, quindi furono chiamate da Sba a Sbc.

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Il diagramma del diapason di Hubble classifica le galassie in base alla forma e alla struttura. Le galassie a spirale vanno da grandi rigonfiamenti e braccia strette a piccoli rigonfiamenti con braccia larghe (con una fila parallela per le spirali barrate). Ma un nuovo lavoro mostra che questo diagramma potrebbe essere obsoleto. Credito: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey

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Il diagramma del diapason di Hubble classifica le galassie in base alla forma e alla struttura. Le galassie a spirale vanno da grandi rigonfiamenti e braccia strette a piccoli rigonfiamenti con braccia larghe (con una fila parallela per le spirali barrate).Ingrandire

Il diagramma del diapason di Hubble classifica le galassie in base alla forma e alla struttura. Le galassie a spirale vanno da grandi rigonfiamenti e braccia strette a piccoli rigonfiamenti con braccia larghe (con una fila parallela per le spirali barrate). Ma un nuovo lavoro mostra che questo diagramma potrebbe essere obsoleto. Credito: Karen Masters, Sloan Digital Sky Survey

Hubble ha creato quello che è stato chiamato il diagramma del diapason per descrivere tutto questo. Da un lato c'erano galassie ellittiche, che andavano da circolari (chiamate E0) a più allungate (fino a E7). Questi divennero lo stelo della forcella, con i due rebbi che erano le spirali da Sa a Sc su uno e le spirali barrate sull'altro.

Ci sono stati altri modi per farlo, ma il diapason di Hubble è stato più o meno lo standard per un secolo ormai. Ha fatto un lavoro decente, ma ci sono state alcune galassie che non si adattano allo schema. Ad esempio, uno potrebbe avere un piccolo rigonfiamento ma le braccia strette, o un altro con un grande rigonfiamento e le braccia abbastanza aperte. Se c'è una galassia che non si adattava bene, gli astronomi di solito usavano la struttura del braccio per posizionarla nel diagramma.

Ora, però, nuove osservazioni hanno gettato una scimmia nella chiave inglese con tutto questo . Quelle galassie non sono l'eccezione. Sono la regola.

NGC 1398, una galassia a spirale barrata che è semplicemente stupenda. Credito: QUELLO

NGC 1398, una galassia a spirale barrata che è semplicemente stupenda. Credito: ESOIngrandire

NGC 1398, una galassia a spirale barrata che è semplicemente stupenda. Credito: QUELLO

Questo viene da Zoo della Galassia , un progetto di 'scienza dei cittadini' che consente al pubblico di effettuare semplici analisi di dati reali. Ad esempio, le moderne rilevazioni del cielo restituiscono così tanti dati che è impossibile per pochi astronomi sedersi e macinarli. Tuttavia, risulta che i non astronomi possono svolgere un lavoro abbastanza affidabile in determinate attività di analisi, come, ad esempio, guardare l'immagine di una galassia a spirale e determinare se le braccia sono strettamente avvolte o più aperte. Studi hanno dimostrato che se un numero sufficiente di persone esamina i dati, nel complesso i risultati (se controllati da professionisti) sono abbastanza accurati. Il lavoro è in realtà divertente e coinvolge solo una semplice interfaccia web.

In questo caso, Galaxy Zoo ha presentato alle persone i dati della Sloan Digital Sky Survey. Più di 250.000 galassie grandi e luminose sono state esaminate da 160.000 persone, che hanno risposto a domande dirette su di esse. Anche i risultati più semplici sono importanti; ad esempio, hanno scoperto che il 92% delle galassie classificate sono a spirale o ellittiche, mentre il restante 8% è irregolare o peculiare. Questo ci dice subito qualcosa sulle galassie grandi e luminose!

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Ma sono i follow-up in cui le cose si sono fatte interessanti. Quando un sottoinsieme di galassie a spirale (quelle che avevano caratteristiche più facili da identificare) furono classificate in base alla loro dimensione del rigonfiamento e alla ventosità del braccio di spirale (quello che gli astronomi chiamano il angolo di inclinazione ), non hanno trovato quasi alcuna correlazione tra i due!

C'è una debole correlazione nel fatto che le galassie con grandi rigonfiamenti tendono a favorire le braccia più strette, ma non era affatto la regola. E si è scoperto che le galassie con rigonfiamenti più piccoli hanno braccia in tutto lo spettro, da strettamente avvolto a lontano.

Questo va contro il diagramma del diapason di Hubble. E c'è di meglio: hanno anche scoperto che le galassie con le barre tendono ad avere più braccia aperte. Questo ci dice qualcosa di importante su come le galassie a spirale si formano ed evolvono nel tempo. Ma cosa?

La spettacolare galassia a spirale M61, osservata dal Very Large Telescope di 8,2 metri. Credito: QUELLO

La spettacolare galassia a spirale M61, osservata dal Very Large Telescope di 8,2 metri. Credito: ESOIngrandire

La spettacolare galassia a spirale M61, osservata dal Very Large Telescope di 8,2 metri. Credito: QUELLO

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Si potrebbe pensare che i bracci a spirale si formino perché, a causa della gravità, le stelle vicine al centro della galassia orbitano più velocemente delle stelle più lontane, quindi appare naturalmente uno schema a spirale. Ma c'è un problema con questo: nel tempo, questo farebbe finire le braccia, distruggendo la struttura. Il pensiero era che vediamo così tante galassie con le braccia che questo non può essere il modo in cui funzionano le cose.

Così gli astronomi hanno avuto un'idea chiamata ipotesi dell'onda di densità. I bracci a spirale, secondo questo, sono più simili a ingorghi di stelle e gas in una galassia. Un ingorgo stradale su una strada può persistere a lungo, anche se singole auto entrano ed escono da essa. Si pensava che i bracci a spirale fossero l'equivalente cosmico, dove le onde di densità a spirale si formano a causa della complicata fisica della gravità di un disco galattico. Le stelle entrano ed escono da esse, ma l'onda stessa persiste. In questo modo, le braccia non si esauriscono nel tempo.

Questo è il paradigma di base utilizzato dagli astronomi e su di esso sono stati pubblicati innumerevoli articoli... ma questi nuovi risultati mostrano che potrebbe non essere corretto. Questa idea dell'onda di densità si basa sul diagramma del diapason, in cui braccia e rigonfiamenti sono fortemente correlati; la fisica dell'onda di densità collega in qualche modo i bracci a spirale con la dimensione del rigonfiamento. Ma i risultati del Galaxy Zoo mostrano che sta succedendo qualcos'altro, dal momento che le braccia non sembrano preoccuparsi molto in generale delle dimensioni del rigonfiamento.

Quello che gli astronomi responsabili del progetto postulano è che i bracci di spirale si formino a causa di una sorta di perturbazione nel disco della galassia (simile a come dice l'ipotesi dell'onda di densità), ma lo schema non è necessariamente persistente. Invece, le braccia possono finire, diventando più strette nel tempo. Ad un certo punto lo schema viene distrutto, le braccia scompaiono e poi il processo ricomincia da capo.

Questo spiegherebbe il comportamento che vedono nei dati. Anche se non si immergono in questo, postulano anche che una barra centrale in qualche modo rallenti questo processo, poiché le galassie sbarrate tendono ad avere le braccia più aperte. La connessione non è stata ancora compresa, però.

Allora come ha fatto Hubble a perdersi tutto questo? Semplice: lui e il suo team avevano un campione molto limitato di galassie da osservare. Semplicemente non avevano abbastanza campioni per trarre conclusioni forti. I sondaggi moderni contengono migliaia o addirittura milioni di galassie, consentendo analisi statistiche di gran lunga migliori.

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È divertente per me; abbiamo usato il diagramma di Hubble per tutti questi decenni, e la ragione per cui questo è stato perso per quel tempo è, ironia della sorte, così tanti dati! Ci sono voluti Galaxy Zoo e la sua enorme folla di partecipanti per essere in grado di setacciare quei dati, assegnando piccole quantità a ogni persona. Anche i computer non fanno un lavoro perfetto, dal momento che tendono ad essere programmati con le nostre nozioni preconcette per la classificazione. Gli scienziati cittadini non si affaticano sotto questo fardello e sono liberi di trovare cose nuove.

Intendiamoci, questo è solo il primo passo in una nuova direzione. L'idea che i bracci a spirale finiscano è in circolazione da un po' di tempo nella comunità astronomica, guadagnando popolarità, ma questa è una spinta considerevole. Ora i professionisti devono entrare ed elaborare la fisica e spiegare le osservazioni in modi che non avevano fatto prima.

È eccitante. Quali cose nuove scopriranno, processi non ancora considerati che funzionano su scale di decine e centinaia di migliaia di anni luce?

Come sottolineano gli autori, anche dopo oltre un secolo di studio dei bracci a spirale nelle galassie, ci sono ancora cose di base su di essi che non capiamo. Speriamo che questo sia un grande passo per risolverlo.



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