Guida alle costellazioni - Regioni celesti scelte/La struttura a grande scala dell'Universo: differenze tra le versioni

Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
Nessun oggetto della modifica
Nessun oggetto della modifica
Riga 3:
==Premessa - L'universo osservabile==
[[File:Observable Universe with Measurements 01.png|300px|thumb|left|Rappresentazione dell’Universo osservabile.]]
Quando si studiano le strutture a grande scala dell’Universo, solitamente ci si riferisce alla porzione che è possibile osservare, che però non coincide con le reali dimensioni dell’Universo. Ecco perché quindi si parla di '''universo osservabile'''.
 
In cosmologia l'universol’universo osservabile è una regione di spazio racchiusa da una sfera centrata su un osservatore, sfera che contiene tutto ciò che egli può osservare. Generalmente si intende la porzione di universo indagabile dall'uomodall’Uomo, quindi la sfera centrata sulla Terra, ma ogni posizione nello spazio possiede il suo universo osservabile.
 
Se l'Universol’Universo non fosse in continua espansione, il raggio dell'universodell’universo osservabile sarebbe pari alla distanza percorsa dalla luce nell'arconell’arco di tempo trascorso dall'iniziodall’inizio dell'Universo (ossia l'etàl’età dell'Universodell’Universo), pertanto l'orizzontel’orizzonte dell'universo osservabile sarebbe posto a circa 13,8 miliardi di anni luce; poiché però l'Universol’Universo si sta espandendo continuamente, la distanza effettiva di questo orizzonte è più grande: una radiazione elettromagnetica partita 13,8 miliardi di anni fa che giungesse ora ad un osservatore sarebbe relativa a una sorgente che nel frattempo si è allontanata dall'osservatoredall’osservatore a causa dell'espansionedell’espansione. Alcune stime ipotizzano che lo spazio si potrebbe essere espanso per circa 46,5 miliardi di anni luce (4,7×10<sup>23</sup> km).
 
Sulla base di questa stima, il diametro della sfera dell'universo osservabile sarebbe pari a 93 miliardi di anni luce; il volume di questo spazio sferico è pari a circa 5×10<sup>32</sup> anni luce cubi; queste dimensioni potrebbero contenere circa 7×10<sup>22</sup> stelle, organizzate in circa 2×10<sup>12</sup> galassie (duemila miliardi, secondo una stima effettuata nel 2016), agglomerate in gruppi e ammassi di galassie e superammassi.
 
Sulla base di questa stima, il diametro della sfera dell'universodell’universo osservabile sarebbe pari a 93 miliardi di anni luce; il volume di questo spazio sferico è pari a circa 5×10<sup>32</sup> anni luce cubi; queste dimensioni potrebbero contenere circa 7×10<sup>22</sup> stelle, organizzate in circa 2×10<sup>12</sup>2×1012 galassie (duemila miliardi, secondo una stima effettuata nel 2016), agglomerate in gruppi e ammassi di galassie e superammassi.
Osservazioni condotte col telescopio spaziale Hubble suggeriscono un numero medio di galassie ancora maggiore.
 
Per quanto riguarda la parte osservabile, nelle zone più distanti dall'osservatoredall’osservatore la recessione (''allontanamento'') avviene a velocità ''apparentemente'' superluminalisuperluminale (ossia più velocemente della luce); inoltre l'espansionel’espansione risulterebbe, da un certo punto della vita dell'Universodell’Universo in avanti, in accelerazione. Ciò non permette alla luce emessa oggi dagli oggetti che si trovano in questo momento oltre launa certa ''distanza di Hubble'' (vedi più avanti) di raggiungerci, poiché in queste regioni più remote lo spazio si dilata apparentemente più velocemente della velocità della luce e incrementa la sua velocità di dilatazione. Ciò crea un orizzonte dell’universo osservabile.
 
Oltre l'orizzonte dell'universodell’universo osservabile, posto alla distanza pari a 46,5 miliardi di anni luce dall'osservazionedall’osservazione, leggi fisiche, spazio e tempo perdono contatto causale, cioè non esisterà mai la possibilità di osservare o scambiare con queste regioni alcun segnale o informazione generato d'orad’ora in avanti. In pratica queste regioni escono dalla realtà dell'osservatoredell’osservatore e quindi, di fatto, “al di fuori” del suo universo.
 
Un errore comune è ritenere che il raggio dell’universo osservabile sia di 13,8 miliardi di anni luce. L’età dell’Universo è di 13,8 miliardi di anni e sebbene nessun oggetto possa accelerare fino a raggiungere e superare la velocità della luce, è un errore limitarlo a tali misure. Nell’Universo lo spazio-tempo è infatti curvato in modo che corrisponda all’espansione dello spazio stesso, come evidenziato dalla Legge di Hubble: distanze ottenute moltiplicando la velocità della luce per un intervallo di tempo cosmologico non hahanno alcun significato fisico.
 
==La struttura a grande scala dell'Universo==
Line 27 ⟶ 26:
==L'unità più semplice: il gruppo di galassie==
 
I '''gruppi di galassie''' sono gli aggregati di galassie più piccoli: tipicamente contengono non più di 50 galassie in un diametro da 3 a 7 milioni di anni luce, la maggior parte delle quali nane; la massa totale media è di circa 10<sup>13</sup> masse solari. La differenza di velocità tra le galassie è di circa 150 km/s. Tuttavia, questa definizione dà solo una linea guida, perché anche sistemi di galassie più grandi e massivi sono talvolta classificati come gruppi di galassie.
 
I gruppi sono le strutture di galassie più comuni dell'universodell’Universo e comprendono almeno il 50% delle galassie presenti nell’Universo estesso; sono suddivisibili in tre tipologie principali in base alle loro caratteristiche più appariscenti.
 
Un '''gruppo compatto''' consiste di un piccolo numero di galassie, tipicamente intorno a cinque, situate in prossimità l'una dell'altra e relativamente isolate dalle altre galassie. Il primo gruppo compatto ad essere stato scoperto è il Quintetto di Stephan, nel 1877, ed è un gruppo compatto di quattro galassie più una galassia isolata ma che dalla Terra risulta casualmente sovrapposta alle altre quattro. L'astronomo Paul Hickson creò un catalogo di tali gruppi nel 1982, il Hickson Compact Groups.
 
I gruppi compatti rendono evidente l'effetto della cosiddetta materia oscura, dato che la massa visibile è di gran lunga minore di quella necessaria per tenere insieme le galassie con la forza di gravità. I gruppi compatti sono inoltre instabili dinamicamente.
Line 43 ⟶ 42:
Spesso i gruppi di galassie non presentano tuttavia dei confini ben netti e precisi, ma capita molto spesso che due gruppi di galassie adiacenti sfumino progressivamente uno nell’altro, formando delle concatenazioni.
 
Il Gruppo Locale, dove è compresa la Via Lattea, è formata da 70 galassie finora note, fra cui due spirali giganti, tre o quattro intermedie e un cospicuicospicuo numero di galassie nane.
 
==Le nubi di galassie==
[[File:Virgo cluster 052012.jpg|300px|thumb|left|Il centro dell’Ammasso della Vergine è formato da una catena di galassie massicce nota come Catena di Markarian.]]
Insiemi estesi di galassie singole e gruppi di galassie possono formare una '''nube di galassie''', ossia una struttura più complessa che può contenere anche diverse centinaia di galassie di grande e media massa; simili nubi hanno dimensioni di alcune decine di milioni di anni luce e possono essere a loro volta connesse ad altre simili strutture analoghe, o anche a dei veri e propri ammassi di galassie.
 
In questo senso, si può intendere come il Gruppo Locale, assieme ai gruppi di galassie più vicini come il Gruppo di M81, il Gruppo Centaurus A/M83, il GruppiGruppo di M101, il Gruppo dello Scultore e altri formino una struttura paragonabile a una nube di galassie.
 
==Gli ammassi di galassie==
 
Un '''ammasso di galassie''' è una struttura che consiste di un insieme che va da centinaia a migliaia di galassie che sono tenute insieme dalla gravità; tipicamente le masse sono intorno alle 1014 o 1015 masse solari. Nell'universo conosciuto sono le strutture più grandi tenute insieme dalla gravità e si credeva che fossero le strutture più grandi fino agli anni ottanta del Novecento, quando furono scoperti i superammassi. Una delle caratteristiche principali degli ammassi è il mezzo intra-ammasso (in inglese intracluster medium, da cui ICM). Il mezzo intra-ammasso consiste di gas caldo intergalattico, che dipende dalla massa totale dell'ammasso.
 
Piccoli aggregati di galassie vengono chiamati gruppi di galassie, piuttostoinvece che ammassi. A loro volta i Gruppigruppi e gli ammassi di galassie possono raggrupparsi assieme per formare superammassi.
 
Solitamente al centro degli ammassi di galassie si trovano alcune ellittiche giganti con un diametro che può estendersi anche per centinaia di migliaia di anni luce (e in certi casi anche superare il milione di anni luce), circondate da una popolazione di svariate migliaia di ammassi globulari, diverse galassie nane e anche alcune galassie maggiori; si ritiene che questi giganti dell’Universo siano il risultato di progressive fusioni fra galassie avvenute nel corso di miliardi di anni. Spesso al loro centro si trova un buco nero supermassiccio con una massa pari anche ad alcuni miliardi di masse solari.
Line 62 ⟶ 61:
 
==Verso i superammassi di galassie==
 
[[File:6 Virgo Supercluster (ELitU).png|300px|thumb|left|Rappresentazione del Superammasso della Vergine, con indicato in rosso il Gruppo Locale, in cui è inclusa la Via Lattea.]]
I '''superammassi di galassie''' sono grandi agglomerati di ammassi, nubi e gruppi di galassie e sono tra le più grandi strutture conosciute dell'Universo. Un tipico superammasso può contenere diverse decine di migliaia di galassie ed estendersi per alcune centinaia di milioni di anni luce; ciò nonostante, le sue dimensioni continuano a restare piuttosto contenute se confrontate alle dimensioni dell’intero Universouniverso osservabile: si ritiene infatti che quest’ultimo contenga ben 10 milioni di superammassi di galassie.
 
La Via Lattea è situata nel Gruppo Locale e, insieme ad altri gruppi ed ammassi, costituisce il Superammasso della Vergine; quest'ultimo, con altri superammassi, confluisce a formare il Superammasso Laniakea, una superstruttura che si estende per oltre 500 milioni di anni luce.
 
Da tempo si indaga sul come siano disposti i superammassi nello spazio, approntando mappe accurate, anche tridimensionali, delle posizioni di milioni di galassie, calcolandone per ognuna la posizione ede il redshift. Le mappe hanno fatto comprendere come le galassie non seguano una distribuzione uniforme né casuale, ma si dispongono lungo strutture allungate, ichiamate filamenti galattici, che circoscrivono a loro volta enormi vuoti, strutture spesso sferiche dove sono presenti pochissime tenui galassie o nubi d'idrogeno, mentre la maggior parte delle galassie si trovano nei filamenti intorno ai vuoti. In complesso l'aspetto è quello di una spugna, ovedove le cavità sono i vuoti e la struttura della spugna i filamenti e i superammassi.
 
==Oltre i superammassi: i filamenti==
 
I Filamenti'''filamenti di galassie''' (che comprendono i Complessi di superammassi, i Muri di galassie e i Piani di galassie), sono tra le più grandi formazioni dell'Universo; si tratta di enormi formazioni filiformi, con una lunghezza tipica di 200-300 milioni di anni luce, e formano i confini tra i grandi vuoti dell'universo.
 
Nel loro insieme, i superammassi e i filamenti che li collegano fanno parte di un'unica struttura filamentosa, cioè di un unico filamento; tutti questi elementi sono disposti in modo tale da disegnare una forma che ricorda una spugna. Se consideriamo complessivamente questi elementi, si deduce che nell'Universo a grande scala tutta la materia, luminosa ed oscura, èsia distribuita piuttosto omogeneamente.
 
Osservati a grande scala, i filamenti formano una matrice intricata che ricorda una ragnatela o un intreccio di neuroni; possono possedere numerose ramificazioni secondarie orientate in modo differente nello spazio e delimitano delle aree che invece appaiono quasi completamente vuote: si tratta dei già accennati '''vuoti cosmici''', che se raggiungono le dimensioni di alcune centinaia di milioni di anni luce vengono denominati '''supervuoti'''. Alcuni supervuoti possono anche superare il miliardo di anni luce di diametro.
 
Il filamento di galassie più grande conosciuto è la Grande Muraglia di Ercole-Corona Boreale, un’immensa struttura di galassie che misura oltre 10 miliardi di anni luce; si trova alla distanza attuale (comovente) di 15-17 miliardi di anni luce, mentre al momento dell’emissione della luce che arriva a noi (per via dell’espansione dell’Universo) si trovava a 9-10 miliardi di anni luce. A fronte di una simile larghezza, il suo spessore è tuttavia pari a “soli” 900 milioni di anni luce, ossia meno di un decimo della sua larghezza.
 
Questa enorme struttura è stata scoperta nel novembre 2013 da una mappatura dei lampi gamma che si verificano nell'universo distante. I lampi gamma sono fra i più potenti eventi che si verificano nell'universo conosciuto e sono lampi molto luminosi di raggi gamma che annunciano la morte di stelle lontane di grande massa con esplosioni potentissime. I lampi di raggi gamma sono fenomeni rari; in una galassia come la Via Lattea se ne verifica in media uno ogni milione di anni. Gli astronomi teorizzano che le stelle che causano questi eventi siano stellemolto luminose e di grande massa, più frequenti dove la materia è più densa; pertanto, una maggiore frequenza di raggi gamma in una regione del cielo indica una disomogeneità nella distribuzione della materia.
 
==Dalla piccola alla grande scala: il Gruppo Locale==
[[File:Local Group.svg|300px|thumb|left|Mappa generica del Gruppo Locale.]]
'''Gruppo Locale''' è il nome proprio dato al gruppo di galassie di cui fa parte la nostra galassia: la Via Lattea. Il Gruppo Locale comprende più di 70 galassie, per la maggior parte di piccole dimensioni, e il suo centro di massa si trova in un punto compreso fra la Via Lattea e la Galassia di Andromeda. Il gruppo ha un diametro di circa 10 milioni di anni luce, diviso principalmente in due grossi centri, con una forma assimilabile a un manubrio.
 
Il Gruppo Locale è un tipico esempio di gruppo di galassie come ce ne sono tanti nell'universoUniverso. Esso, con gli altri 5 gruppi più vicini noti come Gruppo dello Scultore, Gruppo di galassie di Maffei 1, Gruppo di M81, Gruppo di Centaurus A/M83 e Gruppo di M94, con l'Ammasso della Vergine e altre strutture, fa parte come visto di una struttura più ampia ed estesa conosciuta come Superammasso della Vergine), costituito da vari ammassi e gruppi di galassie.
 
I membri più massicci del Gruppo sono le tre grandi spirali presenti: la Galassia di Andromeda, seguita dalla Via Lattea e dalla Galassia del Triangolo. Ognuna di esse forma un sottogruppo formato da un sistema di galassie “satelliti”.
 
Il termine Gruppo localeLocale fu introdotto nel 1936 da Edwin Hubble, definendolo come un tipico piccolo gruppo di nebulose isolate nello spazio più ampio. Nel libro egli mise in ordine decrescente di luminosità le 11 galassie allora conosciute e identificò IC 10 come possibile membro del gruppo.
 
Dalla sua iniziale classificazione il numero di galassie facenti parte del Gruppo Locale è cresciuto significativamente;, in particolare dopo la scoperta di numerose galassie nane o a bassa luminosità.
 
==L'Ammasso della Vergine==
 
SiL<nowiki>'</nowiki>'''Ammasso trattadella diVergine''' unè tipicoil più ricco ammasso di galassie tra quelli più vicini al nostro Gruppo Locale. Si tratta di un tipico ammasso ricco, con circa 1500 galassie membri conosciute; la sua grande massa è causa delle grandi velocità peculiari di molte delle sue galassie, a volte fino a 1600 km/s (rispetto al centro dell'ammasso). Per confronto, lo spostamento verso il rosso dell'ammasso preso nella sua interessa corrisponde ada una velocità di soli 1100 km/s. La galassia dominante dell’ammasso è la gigantesca ellittica M87, una galassia attiva il cui diametro è stimato sui 500.000 anni luce, quasi cinque volte quello della Via Lattea, senza contare che il suo volume è ancora più grande in quanto possiede una forma sferoidale (ellittica), mentre la Via Lattea ha la forma di un disco spiraliforme.
L'Ammasso della Vergine è il più ricco ammasso di galassie tra quelli più vicini al nostro Gruppo Locale. Con una distanza di soli 60 milioni di anni luce, molte delle sue galassie sono visibili con piccoli telescopi.
 
Si tratta di un tipico ricco ammasso di galassie, con circa 1500 membri conosciute; la sua grande massa è causa delle grandi velocità peculiari di molte delle sue galassie, a volte fino a 1600 km/s (rispetto al centro dell'ammasso). Per confronto, lo spostamento verso il rosso dell'ammasso corrisponde ad una velocità di soli 1100 km/s. La galassia dominante dell’ammasso è la gigantesca ellittica M87, una galassia attiva il cui diametro è stimato sui 500.000 anni luce, quasi cinque volte quello della Via Lattea, senza contare che il suo volume è ancora più grande in quanto possiede una forma sferoidale (ellittica), mentre la Via Lattea ha la forma di un disco spiraliforme.
 
Come in altri ammassi ricchi di galassie, il mezzo intergalattico dell'ammasso della Vergine è pieno di un plasma a temperature molto elevate (milioni di Kelvin), rilevabili attraverso l'emissione di raggi X, ed un numero relativamente elevato di stelle intergalattiche (circa il 10% della massa totale in stelle dell'ammasso), tra cui un certo numero di nebulose planetarie, che si pensa siano state espulse dalle loro galassie d’origine a causa delle interazioni gravitazionali con altre galassie. Sono presenti anche regioni di formazione stellare, e, anche se le prove furono inizialmente controverse, ammassi globulari, forse strappati per lo più da galassie nane.
 
==Il Superammasso della Vergine==
[[File:Lianeka.png|300px|thumb|left|Mappa delle galassie del nostro universo vicino. Laniakea è la parte all'interno del cerchio.]]
Il '''Superammasso della Vergine''' è il superammasso di galassie che contiene ill’intero nostroAmmasso Gruppodella Locale,Vergine eappena all'internodescritto, dipiù questoil lanostro nostraGruppo galassia,Locale lae Viai Latteagruppi (adi cuigalassie appartienevicini ilal sistema solare)nostro. Ha la forma di un disco appiattito, con un diametro di circa 100 milioni di anni luce., e Contienecontiene circa 100 tra gruppi e ammassi di galassie, e; prende il nome dall'Ammasso della Vergine, che si trova vicino al suo centro. Il Gruppo Locale si trova al bordo del superammasso e si muove lentamente verso il suo centro.
 
Osservando gli effetti gravitazionali sui movimenti delle galassie, è possibile stimare la massa totale del Superammasso della Vergine ain circa 1015 volte quella del Sole. La sua luminosità è però troppo poca per rendere conto di questa cifra, e si pensa quindi che gran parte della sua massa sia composta di materia oscura.
 
Un'anomalia gravitazionale conosciuta come il Grande Attrattore si trova da qualche parte nel superammasso. Le osservazioni sono ostacolate dal fatto che la sua posizione lo fa apparire nel nostro cielo proprio nel piano della galassia, dove gas e polveri oscurano la vista.
 
Il Superammasso della Vergine e, di conseguenza anche il Gruppo Locale con la nostra Via Lattea, risulta essere parte del più grande '''Superammasso Laniakea''', detto anche '''Superammasso Locale'''.
 
La densità numerica delle galassie nel Superammasso Locale diminuisce con il quadrato della distanza dal suo centro, situato nei pressi dell'ammasso della Vergine, suggerendo che le componenti di questo ammasso non siano disposte in modo casuale. In complesso, la grande maggioranza delle galassie luminose, ossia di grandezza assoluta più brillante di -13, è concentrata in un piccolo numero di nubi di galassie.
 
Il 98% si trova nelle seguenti undici nubi, elencate in ordine decrescente di galassie luminose: Canes venaticiVenatici, Ammasso della Vergine, Virgo II (ramo sud), Leo II, Virgo III, Crater (NGC 3672), Leo I, Leo Minor (NGC 2841), Draco (NGC 5907), Antlia (NGC 2997) e NGC 5643. Delle galassie luminose localizzate nel disco, un terzo si trova nell'ammasso della Vergine, mentre le rimanenti si trovano nella nube Canes Venatici e nella nube Virgo II, con l'aggiunta del piuttosto insignificante gruppo di NGC 5643.
 
Un'altra utile analogia che corrisponde alla distribuzione osservata è quella delle bolle di sapone. Ammassi piuttosto piatti e superammassi si trovano all'intersezione delle bolle, che sono grandi, approssimativamente sferiche (con diametri dell'ordine di 60-200 milioni di anni luce) e vuote al loro interno. Le strutture filamentose lunghe sembrano essere predominanti; un esempio è il Superammasso Idra-Centauro, il superammasso più vicino al nostro, che inizia ad una distanza di circa 100 milioni di anni luce e si estende fino a 200 milioni di anni luce.
 
==Laniakea e oltre==
Line 121 ⟶ 118:
Il '''Superammasso Laniakea''' è, come visto, il superammasso di galassie in cui è compreso il Superammasso della Vergine, che contiene a sua volta il Gruppo Locale con la Via Lattea e, di conseguenza, il Sistema solare con la Terra.
 
I superammassi confinanti con Laniakea sono il Superammasso di Shapley, il Superammasso di Ercole, il Superammasso della Chioma e il '''Superammasso di Perseo-Pesci''', di cui non sono chiari i contorni al momento della scoperta di Laniakea.
 
A loro volta, il Superammasso Laniakea e alcuni degli altri citati sono compresi all'interno della struttura a filamento chiamata '''Complesso di Superammassi dei Pesci-Balena''', che è una delle più grandi strutture conosciute dell'universoUniverso.
 
Laniakea fu individuataindividuato nel settembre 2014, quando un gruppo di astronomi pubblicarono uno studio su un nuovo metodo per la definizione dei superammassi in accordo con le velocità relative delle galassie. La nuova definizione riduce il già esteso Superammasso della Vergine ad una mera appendice della megastruttura oggi nota come Laniakea, che a sua volta non è che una frazione dell’immenso complesso Pesci-Balena.