Quante galassie ci sono?

Le galassie — quelle vaste collezioni di stelle che popolano il nostro universo — sono dappertutto. Ma quante galassie ci sono nell’universo? Contarli sembra un compito impossibile. I numeri puri sono un problema: una volta che il conteggio entra nei miliardi, ci vuole un po ‘ per fare l’aggiunta. Un altro problema è la limitazione dei nostri strumenti. Per ottenere la vista migliore, un telescopio deve avere una grande apertura (il diametro dello specchio principale o della lente) e trovarsi sopra l’atmosfera per evitare distorsioni dall’aria terrestre.

Forse l’esempio più risonante di questo fatto è l’Hubble eXtreme Deep Field (XDF), un’immagine realizzata combinando 10 anni di fotografie dal telescopio spaziale Hubble. Il telescopio ha guardato una piccola macchia di cielo in visite ripetute per un totale di 50 giorni, secondo la NASA. Se hai tenuto il pollice a distanza di braccio per coprire la luna, l’area XDF sarebbe circa la dimensione della testa di uno spillo. Raccogliendo luce debole per molte ore di osservazione, l’XDF ha rivelato migliaia di galassie, sia vicine che molto distanti, rendendolo l’immagine più profonda dell’universo mai scattata in quel momento. Quindi, se quella singola piccola macchia ne contiene migliaia, immagina quante altre galassie potrebbero essere trovate in altri punti.

Mentre le stime tra diversi esperti variano, un intervallo accettabile è tra 100 miliardi e 200 miliardi di galassie, ha detto Mario Livio, un astrofisico presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. Quando il telescopio spaziale James Webb verrà lanciato nel 2020, l’osservatorio dovrebbe rivelare ancora più informazioni sulle prime galassie nell’universo.

Andando in profondità

Al meglio delle conoscenze di Livio, Hubble è il miglior strumento disponibile per il conteggio e la stima delle galassie. Il telescopio, lanciato nel 1990, inizialmente aveva una distorsione sul suo specchio principale che è stato corretto durante una visita dello shuttle nel 1993. Hubble ha anche subito diversi aggiornamenti e visite di servizio fino alla missione finale dello shuttle nel maggio 2009.

Nel 1995, gli astronomi puntarono il telescopio verso quella che sembrava essere una regione vuota dell’Orsa Maggiore, e raccolsero 10 giorni di osservazioni. Il risultato è stato una stima di 3.000 galassie deboli in un singolo fotogramma, andando debole come 30th magnitude. (Per confronto, la Stella polare o Polaris è a circa 2a magnitudine.) Questa immagine composita era chiamata Hubble Deep Field ed era la più lontana che qualcuno avesse visto nell’universo in quel momento.

Mentre il telescopio Hubble riceveva aggiornamenti ai suoi strumenti, gli astronomi ripetevano l’esperimento due volte. Nel 2003 e nel 2004, gli scienziati hanno creato il campo Ultra Profondo di Hubble, che in un’esposizione di un milione di secondi ha rivelato circa 10.000 galassie in un piccolo punto nella costellazione Fornax.

Nel 2012, sempre utilizzando strumenti aggiornati, gli scienziati hanno utilizzato il telescopio per guardare una porzione del Campo Ultra Profondo. Anche in questo campo visivo più ristretto, gli astronomi sono stati in grado di rilevare circa 5.500 galassie. I ricercatori hanno soprannominato questo campo estremo profondo.

Tutto sommato, Hubble rivela circa 100 miliardi di galassie nell’universo, ma è probabile che questo numero aumenti a circa 200 miliardi man mano che la tecnologia del telescopio nello spazio migliora, ha detto Livio Space.com.

Conteggio delle stelle

Qualunque sia lo strumento utilizzato, il metodo per stimare il numero di galassie è lo stesso. Si prende la porzione di cielo ripreso dal telescopio (in questo caso, Hubble). Quindi, usando il rapporto tra il frammento del cielo e l’intero universo, puoi determinare il numero di galassie nell’universo.

“Questo presuppone che non ci sia una grande varianza cosmica, che l’universo sia omogeneo”, ha detto Livio. “Abbiamo buone ragioni per sospettare che sia così. Questo è il principio cosmologico.”

Il principio risale alla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Einstein ha detto che la gravità è una distorsione dello spazio e del tempo. Con questa comprensione in mano, diversi scienziati (incluso Einstein) hanno cercato di capire come la gravità influenzasse l’intero universo.

“L’ipotesi più semplice da fare è che se hai visto il contenuto dell’universo con una visione sufficientemente scarsa, sembrerebbe più o meno lo stesso ovunque e in ogni direzione”, ha dichiarato la NASA. “Cioè, la materia nell’universo è omogenea e isotropa quando viene calcolata in media su scale molto grandi. Questo è chiamato il principio cosmologico.”

Un esempio del principio cosmologico all’opera è lo sfondo delle microonde cosmiche, radiazione che è un residuo delle prime fasi dell’universo dopo il Big Bang. Utilizzando strumenti come la sonda anisotropia a microonde Wilkinson della NASA, gli astronomi hanno scoperto che la CMB è praticamente identica ovunque si guardi.

Il numero di galassie cambierebbe con il tempo?

Le misurazioni dell’espansione dell’universo — attraverso l’osservazione delle galassie che si allontanano da noi — mostrano che ha circa 13,82 miliardi di anni. Man mano che l’universo invecchia e si ingrandisce, tuttavia, le galassie si ritireranno sempre più lontano dalla Terra. Questo li renderà più difficili da vedere nei telescopi.

L’universo si sta espandendo più velocemente della velocità della luce (che non viola il limite di velocità di Einstein perché l’espansione è dell’universo stesso, piuttosto che degli oggetti che viaggiano attraverso l’universo). Inoltre, l’universo sta accelerando nella sua espansione.

Qui entra in gioco il concetto di “universo osservabile” — l’universo che possiamo vedere. In 1 trilione a 2 trilioni di anni, Livio ha detto, questo significa che ci saranno galassie che sono al di là di quello che possiamo vedere dalla Terra.

“Possiamo vedere solo luce da galassie la cui luce ha avuto abbastanza tempo per raggiungerci”, ha detto Livio. “Ciò non significa che questo è tutto ciò che c’è nell’universo. Quindi, la definizione dell’universo osservabile.”

Anche le galassie cambiano nel tempo. La Via Lattea è in rotta di collisione con la vicina Galassia di Andromeda, ed entrambe si fonderanno in circa 4 miliardi di anni. Più tardi, altre galassie nel nostro Gruppo locale — le galassie più vicine a noi — finiranno per combinarsi. I residenti di quella futura galassia avrebbero un universo molto più oscuro da osservare, disse Livio.

“Le civiltà hanno iniziato allora, non avrebbero alcuna prova che ci fosse un universo con 100 miliardi di galassie”, ha detto. “Non avrebbero visto l’espansione. Probabilmente non sarebbero in grado di dire che c’era un Big Bang.”

Che dire degli altri universi?

Mentre l’universo primordiale si gonfiava, ci sono alcune teorie che dicono che diverse “tasche” si staccarono e formarono diversi universi. Questi luoghi diversi potrebbero espandersi a ritmi diversi, includere altri tipi di materia e avere leggi fisiche diverse rispetto al nostro universo.

Livio ha sottolineato che potrebbero esserci galassie in questi altri universi-se esistono-ma non abbiamo modo in questo momento di saperlo con certezza. Quindi il numero di galassie potrebbe anche essere superiore a 200 miliardi, se si considerano altri universi.

Nel nostro cosmo, Livio ha detto, gli astronomi saranno meglio in grado di affinare il numero al momento del lancio del telescopio spaziale James Webb (per il quale il suo istituto gestirà le operazioni di missione e la scienza). Hubble è in grado di scrutare le galassie che si sono formate circa 450 milioni di anni dopo il Big Bang. Dopo il lancio di James Webb nel 2020, gli astronomi prevedono di poter guardare indietro fino a 200 milioni di anni dopo il Big Bang.

“I numeri non cambieranno molto”, ha aggiunto Livio, sottolineando che le prime galassie probabilmente si sono formate non molto tempo prima. “Quindi un numero come 200 miliardi è probabilmente per il nostro universo osservabile.”

I contributi di Webb

Mentre è interessante contare il numero di galassie nel nostro universo, gli astronomi sono più interessati a come le galassie rivelano come si è formato l’universo. Secondo la NASA, le galassie sono una rappresentazione di come è stata organizzata la materia nell’universo, almeno su larga scala. (Gli scienziati sono anche interessati a tipi di particelle e meccanica quantistica, sul lato piccolo dello spettro. Poiché Webb può guardare indietro ai primi giorni dell’universo, le sue informazioni aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio le strutture delle galassie che ci circondano oggi.

“Studiando alcune delle prime galassie e confrontandole con le galassie odierne, potremmo essere in grado di comprendere la loro crescita ed evoluzione. Webb permetterà anche agli scienziati di raccogliere dati sui tipi di stelle che esistevano in queste primissime galassie”, ha detto la NASA della missione di Webb. “Le osservazioni di follow-up utilizzando la spettroscopia di centinaia o migliaia di galassie aiuteranno i ricercatori a capire come gli elementi più pesanti dell’idrogeno si sono formati e costruiti mentre la formazione delle galassie procedeva attraverso i secoli. Questi studi riveleranno anche dettagli sulla fusione delle galassie e faranno luce sul processo di formazione della galassia stessa.”

Secondo la NASA, ecco alcune delle domande chiave a cui Webb risponderà sulle galassie:

  • Come si formano le galassie?
  • Cosa dà loro le loro forme?
  • Come vengono distribuiti gli elementi chimici attraverso le galassie?
  • In che modo i buchi neri centrali nelle galassie influenzano le loro galassie ospiti?
  • Cosa succede quando piccole e grandi galassie si scontrano o si uniscono?

Gli scienziati sono anche interessati al ruolo che la materia oscura svolge nell’assemblaggio delle galassie. Mentre parte dell’universo è visibile in forme come galassie o stelle, la materia oscura è ciò che costituisce la maggior parte dell’universo — circa l ‘ 80% di esso. Mentre la materia oscura è invisibile nelle lunghezze d’onda della luce o attraverso emissioni di energia, studi di galassie risalenti agli anni ‘ 50 indicavano che c’era molta più massa presente in esse di quella visibile ad occhio nudo.

“I modelli al computer che gli scienziati hanno fatto per capire la formazione delle galassie indicano che le galassie vengono create quando la materia oscura si fonde e si raggruppa”, ha detto la NASA. “Può essere pensato come l’impalcatura dell’universo. La materia visibile che vediamo si raccoglie all’interno di questa impalcatura sotto forma di stelle e galassie. Il modo in cui la materia oscura “si raggruppa” è che i piccoli oggetti si formano per primi e vengono disegnati insieme per formare quelli più grandi.”

I potenti specchi di Webb permetteranno agli scienziati di osservare da vicino la formazione delle galassie, incluso il ruolo della materia oscura. Anche se questa indagine non risponde direttamente a quante galassie ci sono nell’universo, aiuta gli scienziati a capire meglio i processi dietro le galassie che vediamo, che a loro volta informano meglio i modelli sulle popolazioni galattiche.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.