Spazio e galassie

LA VERITA’

ASSOLUTA

~~~~~~~~~~~~~FISICA E GEOGRAFIA

ASTRONOMICA~~~~~~~~~~~~ 1

Al livello scientifico è facile trovare incongruenze e linee parallele di

pensiero, senza con ciò intendere opposte …. Semplicemente

diverse.

Uno dei campi più discussi resta ormai da tempo “LO SPAZIO” anche

perché aver chiara la sua origine e la sua struttura sarebbe un po’

“quid”

come trovare il dell’esistenza .

Le leggi che ordinano l’ambiente intorno alla Terra è chiaro da

tempo che siano le stesse che ne dominano l’interno … ma se non

fosse così? Se le affermatissime leggi di Newton e di Einstein in

realtà risultassero discutibili?

Queste domande sono il cardine sul quale mi propongo di far

ruotare l’asse che divide due teorie parallele sulla via della

spiegazione del moto galattico, il quale , pur inglobandoci, sembra

non avere le stesse nostre dinamiche di movimento. Materia

Il MODELLO DI CONCORDANZA prevede la così detta

Oscura e basa le sue convinzioni sulla teoria newtoniana e quindi

sull’assoluta giustizia della LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE.

Nel cosmo esistono moltissime galassie che nella maggior parte dei

casi non si presentano distribuite in modo isolato l'una dalle altre,

ma sono disposte in strutture più grandi che ne contengono anche

numerose in uno spazio che possiamo definire ristretto.

Le galassie sono divise in tre grandi famiglie:

GALASSIE A SPIRALE: sono caratterizzate da una struttura

che mostra un disco piatto e sottile, nel quale sono

localizzate la maggior parte delle stelle, disposte in uno dei

tanti bracci a spirale che si avvolgono attorno ad una zona

bulge.

luminosa centrale detta A seconda del grado di

avvolgimento dei bracci, le spirali sono suddivise in tre

categorie:

Bracci strettamente ripiegati (Sa);((IMMAGINE A))

Bracci ampi e non addossati al nucleo (Sc);((IMMAGINE B))

Caratteristiche intermedie (Sb); 2

Spirali barrate (SB)→ classe a parte, caratterizzata dalla

presenza di una barra luminosa di stelle che attraversa il

nucleo e dalla quale sembrano dipartirsi i bracci.((IMMAGINE

C))

Complessivamente quelle a spirale rappresentano circa il 61%

delle galassie osservabili e sono costituite da stelle di giovane

formazione nei bracci e da stelle vecchie nel nucleo e

nell’alone più esterno.

GALASSIE LENTICOLARI: quando osservate lateralmente

sembrano simili a due lenti convesse sovrapposte. Possono

essere:

Ad una barra (SBO);((IMMAGINE D ))

Prive di barre (SO). bulge

Come le galassie a spirale, hanno un centrale luminoso,

che si presenta poco schiacciato, ed un disco meno importante

rispetto alle spirali. Hanno un debole alone diffuso e

rappresentano il 22% delle galassie osservabili, sono in

continua crescita poiché sono colme di materia interstellare e

di gas, che favoriscono la formazione di nuova stelle.

GALASSIE ELLITTICHE: hanno stelle distribuite secondo una

simmetria regolare, essenzialmente sferica. Si dividono in

sette gruppi, codificati da un numero da 0 a 7:

L’estremo inferiore, galassie praticamente sferiche(E0);

((IMMAGINE E))

L’estremo superiore, galassie più allungate, “a sigaro”(E7).

((IMMAGINE F))

Sono presenti soprattutto stelle vecchie, che conferiscono

colore rosso all’intera galassia. La materia interstellare è

praticamente assente, quindi non si ha formazione di nuove

stelle. Rappresentano il 13% delle galassie osservabili.

GALASSIE IRREGOLARI: non hanno una forma classificabile e

caratteristiche comuni, si può dire però che abbiano tutte una

massa ridotta, poiché potrebbero essere satelliti di galassie

maggiori. Sono solitamente ricche di materia interstellare e

per ciò presentano stelle giovani.((IMMAGINE G e G ))

2 3

Si possono trovare galassie molto vicine, che sembrano in qualche

modo interagire gravitazionalmente tra loro. La diversità tra

ellittiche e spirali, viene oggi interpretata anche sulla base della

fusione tra galassie, merging.

teoria della conosciuta come Secondo

questa ipotesi, alcune galassie ellittiche si sono formate per fusione

di due o più galassie, anche di tipo a spirale.

Si può avere anche un evento violento, come un incontro molto

compenetrazione tra galassie o un

ravvicinato o addirittura una

attraversamento(come nel caso del BULLET-CLUSTER del quale

parleremo più avanti),((IMMAGINE H)) questo provoca in una o in

entrambe le galassie coinvolte un’onda di forza mareale. Se l’onda

si propaga fino ad una zona ricca di gas, come ad esempio nel disco

delle galassie a spirale, provoca una compressione immediata e

contemporanea di quantità notevoli di gas. Questo materiale va

subito a formare nuove stelle, bruciando in brevissimo tempo

anziché in miliardi di anni. Il risultato di un’interazione violenta è

quindi in molti casi un invecchiamento precoce della galassia, che

consuma tutto, o quasi, il suo serbatoio di gas in un ultimo,

spettacolare, fuoco d’artificio celeste. ((IMMAGINE I)) bolle vuote,

L’Universo sembra essere costituito da grandi

intersecate tra loro, che gli conferiscono l’aspetto di una grande

spugna.((IMMAGINE L)) In questo contesto le galassie tendono ad

ammassi e superammassi

aggregarsi in ed a distribuirsi sulle pareti

delle bolle, formando lunghissime strutture filamentose. Il modello

di concordanza, come vedremo, mira a dimostrare che all’interno di

materia oscura

queste bolle sia presente .

A causa della forza di attrazione gravitazionale, le galassie

all'interno di uno stesso ammasso si muovono con una loro propria

velocità di dispersione.

velocità, cosiddetta In un ammasso questa

diminuisce all’aumentare dal centro(inteso centro di massa, quindi

come quel punto di un sistema orbitante dove si può considerare

concentrata tutta la massa ai fini dei calcoli della forza

gravitazionale) dell’ammasso stesso. La misura della velocità di

dispersione permette di valutare la massa complessiva di un

ammasso. Infatti si può applicare una semplice relazione nota come

teorema del viriale, secondo la quale:

2

v ∙r

= (eq

M .1)

G 4

Dove “v” è la velocità di dispersione, “r” la dimensione

caratteristica dell’ammasso e “G” la costante di gravitazione

-11 2 2

universale pari a 6,67 ∙10 Nm /kg . L’idea alla base di questa

relazione è semplice: negli ammassi le galassie si muovono perché

sono accelerate dalla forza gravitazionale totale che subiscono da

ogni atomo presente nell’ammasso. Quindi maggiore è la massa

dell’ammasso, maggiori sono la forza di gravità e la velocità con la

quale le galassie si muovono nelle loro orbite.

Studiando i valori di queste velocità, gli studiosi hanno stabilito che

sono troppo alti, di circa un fattore da 10 a 100 volte superiore,

rispetto a quelli che si otterrebbero se la massa dell'ammasso fosse

solo quella visibile. Ne consegue che deve esistere un quantitativo

di materia non visibile, quindi non barionica, ma "attiva"

gravitazionalmente che giustifichi quei valori di velocità misurati,

adatti a contrastare la forza centrifuga, che altrimenti farebbe

disgregare le galassie. A tal proposito si sono fatte molte ipotesi ma

nessuna ancora ha trovato reale riscontro: un mare di neutrini o

particelle ancora non scoperte come monopoli magnetici, particelle

supermassicce, tutte accomunate dal fatto di interagire solo

gravitazionalmente con la comune materia e generalmente

chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles: particelle

massive debolmente interagenti).

Si può vedere, che secondo la seconda legge di Newton la forza che

agisce su un corpo di massa “m” è direttamente proporzionale

all’accelerazione “a”: F=m∙ a

Ora se la forza che agisce sui corpi materiali è quella gravitazionale:

( )=m ( )

F forzadi gravit à ∙ a eq .3

mM mM

(eq =m

F=G .4) G ∙ a

Quindi, essendo: allora:

2 2

r r

M =a (eq. 5)

G

Da qui si deduce che : 2

r

Sostituendo ora alla “M” dell’equazione così ottenuta, il teorema del

viriale: 2 2

v ∙r v (eq

a=G quindi: a= .6)

2 r

r ∙G 5

Ora eguagliando l’equazione 5 con l’equazione 6 si ha:

√

2

v M M

=G = (eq

quindi : v G ∙r .7)

2 2

r r r

Essendo la fonte di materia attrattiva “M” aggregata nel centro di

massa, essa rimane qui costante e contemporaneamente avrà

distanza “r” minore, quindi la massa “m” di una galassia

dell’ammasso, nel centro di massa ruoterà con un velocità

maggiore; mentre all’aumentare della distanza dalla fonte

attrattiva, rimanendo comunque costante M, si dovrebbe avere un

velocità sempre minore;cosa che invece non si verifica in nessun

ammasso o superammasso.

Questo avviene tanto per le galassie in un ammasso, tanto per le

stelle all’interno di una data galassia.

In contrasto, invece, con quanto succede,in accordo con la legge di

gravitazione universale, nel sistema solare , nel quale i pianeti più

esterni girano più lentamente di quelli interni.((IMMAGINE M))

Per studiare meglio questo comportamento anomalo, gli scienziati

curve di rotazione

hanno costruito delle delle galassie, quindi dei

grafici in cui sono rappresentate le velocità orbitali delle stelle

attorno al centro galattico, in funzione della distanza dal centro

stesso. Tali grafici, non coincidono assolutamente con i grafici ideali,

costruiti secondo le leggi della dinamica newtoniana.((IMMAGINI N e

O IN PARALLELO))

Nelle galassie a spirale dove si nota questo fatto anomalo,e quindi

da una certa distanza dal centro in poi, la velocità delle stelle non

diminuisce progressivamente, ma rimane costante, si è arrivati ad

inserire la materia oscura. Tale viene chiamata la materia che

dovrebbe servire a coadiuvare la massa attrattiva M, in modo che

dividendo quest’ultima per la crescente distanza “r”, si arrivi ad

avere sempre la stessa velocità ed impedirne la diminuzione.

Possiamo definire , quindi, la materia oscura come la “x” per la

quale sia verificata l’equazione: 6

+

M X M

=G

G 2 2

R r

Considerando la distanza “R” maggiore della distanza “r”.

Tale “modello di concordanza”fu lanciato dal fisico Fritz Zwicky

nel 1933, egli misurando la velocità di dispersione delle galassie

nell’ammasso di Coma, si accorse che questa era dieci volte

superiore al previsto, il ché l’avrebbe dovuta disgregare; se questo

non avveniva doveva, quindi, essere presente una quantità

significante di materia nuova contribuente ad aumentare a tal

punto la forza di gravità, da permettere una rotazione così veloce. A

questa materia fu dato per la prima volta il nome di materia

oscura, poiché non era né visibile, né poteva essere antimateria,

altrimenti si avrebbe assistito a fenomeni di annichilamento per gli

scontri tra materia ed antimateria, con conseguente rilascio di

enormi quantità di fotoni e quindi di luce; cosa assolutamente non

rilevata.

Colui che,però, arrivò quasi a dimostrare empiricamente la “dark

matter”(DM), fu il fisico americano Dauglas Clowe, studiando

l’ammasso di galassie 1E0657-56, quindi nient’altro che il fenomeno

Bullet-Cluster accennato in precedenza. Clowe volle provare che

l’ammasso era diviso in due componenti:

componente stellare-galattica “collisionless”

- →non interagente e

oscura;

-componente di gas caldo →che interagendo ha generato la tipica

emissione a pallottola di due fluidi che collidono l’uno dentro

l’altro. ((IMMAGINI DEL PASSAGGIO P))

Il modello 1E0657-56 è un ammasso doppio, costituito dalla parte

est contenete almeno 30 volte più galassie della parte ovest, tali

blocchi distano tra loro non moltissimo, circa 3,4 miliardi di anni-

luce. Le osservazioni nella banda X (lunghezza d’onda ottimale per

studiare la distribuzione del gas caldo intergalattico),hanno rilevato

che l’emissione X proviene principalmente da due caldissime e

distanti regioni non coincidenti con quelle degli ammassi e situate

in posizioni intermedie tra gli stessi.

L’emissione corrispondente all’ammasso più piccolo ha una forma

ogivale, come se il gas fosse stato frenato nell’attraversamento di

un mezzo denso, quindi ciò che si osserva deriva da una collisione. 7

Dalle misure delle velocità di dispersione ,si è stimato che i due

ammassi si sarebbero scontrati circa 150 milioni di anni fa, con il più

piccolo che ha attraversato il maggiore da est verso ovest alla