OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PALERMO GIUSEPPE S. VAIANA
Le galassie
Se si osserva il cielo ad occhio nudo in estate, lontano dalle luci della città, è facile notare una larga fascia più luminosa del resto del cielo, chiamata dagli antichi la Via Lattea, o Galassia (in greco antico, `gala' significa appunto 'latte'). Vista con un telescopio, la Via Lattea apparve ai primi osservatori come un insieme di stelle deboli, tanto numerose che danno origine ad una luminosità diffusa anche se non si distinguono individualmente ad occhio nudo. Poichè la Via Lattea appare come una fascia nel cielo, queste stelle non sono distribuite uniformemente, ma prevalentemente in una regione schiacciata, detta disco galattico, di cui fa parte anche il Sistema Solare. Attente osservazioni hanno mostrato che questo disco presenta un rigonfiamento nella parte centrale (bulbo galattico), e che la sua luminosità non è uniforme, ma è più accentuata in determinate zone, chiamate braccia a spirale, dove si concentrano la maggior parte delle stelle più giovani e brillanti. Se potessimo osservare la nostra Galassia dall'esterno, vedremmo la maggior parte della sua luminosità provenire proprio dalla struttura a spirale. Infine, tutta la Galassia ruota attorno al nucleo galattico, dove si osserva una alta concentrazione di stelle e materia diffusa. Il Sole si trova nella Galassia a circa diecimila parsec dal centro (il parsec è un'unità di misura delle distanze, usata in astronomia. Un parsec corrisponde a trentamila miliardi di chilometri, o 3.26 anni-luce).
Osservando il cielo con telescopi ottici, compaiono un grande numero di galassie, molte delle quali con una forma a spirale come la nostra. Un esempio è la galassia M31, chiamata anche Nebulosa di Andromeda, e debolmente visibile anche ad occhio nudo (Figura 15). Altre galassie non hanno braccia a spirale, ma soltanto una forma ellittica, più o meno allungata, e sono prive di stelle giovani. Altre ancora hanno forme irregolari. Osservando galassie diverse dalla nostra possiamo avere una visione più chiara della loro struttura che non osservando la Via Lattea, nella quale siamo immersi, e della quale invece vediamo bene i dettagli.
Le osservazioni da satellite hanno mostrato che l'emissione nei raggi X è una caratteristica comune a tutte le galassie, spirali, ellittiche e irregolari. Le galassie a spirale osservate in raggi X mostrano la presenza di sorgenti individuali molto intense (che sono responsabili per la maggior parte dell'emissione osservata) e un emissione diffusa coincidente col disco galattico. Una galassia a spirale come M31 osservata in raggi X (Figura 16) presenta una quantità di sorgenti intense nelle vicinanze del centro che è molto difficile distinguere l'una dall'altra, ed una serie di sorgenti molto intense lungo le braccia a spirale, insieme ad una cospicua emissione in coincidenza con il disco galattico. Le sorgenti presenti nelle braccia a spirale sono associate a sistemi binari X massicci simili a quelli osservati nella nostra Galassia, mentre quelle vicino al centro sono simili ai sistemi binari meno massicci. L'emissione X osservata nel disco, ma fuori dalle braccia a spirale, sembra invece dovuta a binarie X più deboli (e quindi non osservabili individualmente) ed a stelle normali, anch'esse troppo deboli per essere osservate come sorgenti separate. Un altro esempio di galassia a spirale è M51 (Figura 17), che mostra chiaramente le braccia a spirale. Nei raggi X, anche in questa galassia si osservano chiaramente il nucleo, l'emissione diffusa del disco e alcune sorgenti individuali (Figura 18).
Le osservazioni X delle galassie ellittiche hanno invece portato alla scoperta dell'esistenza di materia interstellare calda in queste galassie, invisibile alle altre lunghezze d'onda. Gli spettri nei raggi X osservati (cioè la distribuzione della radiazione alle varie energie) indicano la presenza di un gas caldo con temperature di 10 milioni di gradi. La massa stimata per il gas presente in alcune di queste galassie va dai 100 milioni ai 100 miliardi di masse solari, si tratta quindi di una enorme quantità di massa, che può essere pari alla massa di tutte le stelle della nostra Galassia. Queste osservazioni pongono una serie di domande, per esempio perchè e da cosa questo gas è riscaldato. Una delle teorie invoca un riscaldamento in cui un ruolo fondamentale viene svolto dalle esplosioni di supernova, che riscaldano il mezzo interstellare attraverso l'enorme pressione esercitata dal gas espulso durante l'esplosione. Altri meccanismi più complicati sono stati considerati, ma in realtà nessuno di questi riesce a spiegare in modo soddisfacente tutte le osservazioni e in particolare le differenze osservate fra una galassia e l'altra.