I GIGANTI DEL CIELO di Michele Orsini

In questo articolo presenterò le foto di 4 famosi soggetti celesti: Via Lattea, Galassia di Andromeda, Grande Nebulosa di Orione e Ammasso delle Pleiadi. Tutti questi soggetti sono visibili ad occhio nudo, a patto che si osservi da un cielo extraurbano, e daranno lo spunto per qualche breve lezione di astrofisica.

La via Lattea

Questa prima foto mostra una cosa familiare a chiunque abbia avuto la possibilità di alzare gli occhi al cielo d'estate lontano dalle luci della città: è la Via Lattea (https://it.wikipedia.org/wiki/Via_Lattea), una struttura lunga quasi metà del cielo e percepita ad occhio nudo come una nebulosità lattiginosa allungata. La fotografia è stata ottenuta con una semplice macchina fotografica e un obiettivo a grande campo, di quelli che di solito si usano per fotografare i paesaggi.

Nella foto sono ben visibili le tre stelle più brillanti dell'estate, il cosiddetto triangolo estivo composto da Altair (sulla sinistra, a metà altezza), Deneb (in alto a destra) e Vega (in basso sulla destra), stelle più luminose di altrettante costellazioni:

Aquila, Cigno, e Lira.
Da queste tre stelle partiremo per una piccola e veloce lezione di astronomia.

Ad occhio nudo Vega è la stella più luminosa (tra le più luminose del cielo, tra l'altro), Altair la seconda e Deneb la terza; ma se si mette in conto la distanza tra queste e noi, ecco che le cose cambiano.

In astronomia le distanze si misurano in anni luce, perché le solite unità di misura della lunghezza non sono adeguate: un anno luce è la distanza percorsa da un raggio di luce in un anno (la luce ha una velocità elevatissima ma pur sempre finita: 300.000Km/s) ed è pari a 10.000.000.000.000 Km ossia diecimila miliardi di Km. Le distanze degli oggetti celesti, in questa unità, sono più gestibili: le stella più vicina a noi è a circa 4 anni luce, la maggior parte di quelle che si vedono in cielo ad occhio nudo è ad una distanza compresa tra i 10 e i 1000 anni luce.

Vega e Altair sono due grandi stelle, hanno una massa doppia rispetto al nostro sole (Vega è leggermente più grande), sono relativamente vicine, a circa 20-25 anni luce da noi, la prima è 37 volte più luminosa del nostro sole e la seconda una decina circa ... ma con Deneb il discorso cambia, perché questa è una delle stelle più lontane visibili ad occhio nudo, a circa 2-3000 anni luce, e risulta essere una stella enorme, con una massa 20 volte il sole, un raggio 200 volte più grande e 200.000 volte più luminosa.

Abbiamo quindi due stelle pesanti circa il doppio del sole che brillano più di 10 volte di questo, poi abbiamo una stella 20 volte più pesante del sole e che brilla 200.000 volte di più: c'è una disparità tra il "combustibile" a disposizione (la massa della stella) e la luce che una stella emette, e questa disparità aumenta drasticamente con la massa. In altre parole le stelle più grandi "bruciano" molto più rapidamente delle stelle piccole. Ecco la nostra piccola prima piccola lezione di astrofisica: le stelle come Deneb "vivono" alcune decine di milioni di anni (quelle più grandi anche molto meno) mentre le stelle come il sole vivono diversi miliardi di anni. Questa è una informazione che useremo più avanti.

Torniamo alla foto della Via Lattea per notare alcuni particolari che saltano all'occhio: la striscia luminosa che attraversa in diagonale la fotografia è interrotta da ampie zone scure come se ci fossero dei "buchi", ci sono anche piccole macchie rossastre qua e la ... più avanti scopriremo di cosa si tratta!

Veniamo ora ad una domanda che probabilmente molti si saranno posti e a cui non abbiamo ancora risposto: che cos'è la Via Lattea? La Via Lattea è la galassia che ci ospita, una struttura di stelle molto estesa nella quale il nostro sistema solare è immerso.

La forza fisica che regola i moti del corpi sulle grandi distanze è la gravità; questa, negli oltre 10 miliardi di anni di vita dell'universo, ha plasmato strutture a diverse scale: i pianeti, le stelle, il sistema solare, gli ammassi di stelle (gruppi di decine-centinaia di stelle che si muovono insieme), le galassie (insiemi di decine di miliardi di stelle) e gli ammassi di galassie, che raggruppano centinaia oppure migliaia di queste. Tutte queste strutture si sono formate a partire da una massa informe di materia che si è aggregata "cadendo" sotto il proprio peso, in alcuni casi la materia ha formato un corpo unico, come una stella oppure un pianeta, in altri invece ha formato delle strutture i cui corpi invece che aggregarsi orbitano, ruotando attorno ad un oggetto centrale, come il sistema solare.

Ma cos'è veramente una galassia? quanto è grande? che forma ha?

Per rispondere a queste domande dobbiamo introdurre prima una seconda foto, è difficile infatti cercare di capire come è fatta la Via Lattea per il semplice motivo che ci viviamo dentro, non possiamo spostarci al di fuori di essa e guardarla, però possiamo fare un'altra cosa: osservarne una distante.

La Galassia di Andromeda

La Galassia di Andromeda è visibile ad occhio nudo nei cieli autunnali come una debole nebulosità nella costellazione di Andromeda, la struttura in realtà è estremamente estesa, 3 o 4 volte le dimensioni della luna piena, ma è purtroppo quasi un milione di volte più debole; è quindi possibile percepirne la grandiosità solo osservandola con grandi telescopi oppure facendo fotografie a lunga esposizione come questa.

La fotografia è stata fatta con un telescopio medio-piccolo, equivalente ad un super teleobiettivo di 800mm di focale a f4, qualcosa di simile a quello usato dai fotografi a bordo campo in una partita di calcio. Eppure, nonostante questa modesta attrezzatura, il soggetto è così grande che non è stato possibile inquadrarlo per intero; molti soggetti astronomici sono piuttosto grandi, il vero problema è la loro estrema debolezza, è una cosa che potrete notare anche nelle foto successive, fatte tutte con lo stesso telescopio.

La Galassia di Andromeda è "abbastanza" vicina alla Via Lattea e assieme ad essa e ad altre galassie minori appartengono ad un ammasso di galassie che si chiama Gruppo Locale.

Nella foto sono presenti altre due nebulosità, si tratta di due piccole galassie "satelliti" di Andromeda, anche la Via Lattea ha due satelliti, sono chiamate Nubi di Magellano e sono visibili dall'emisfero sud del nostro pianeta.

Andromeda è una galassia a spirale, come la Via Lattea, ed è composta di due parti: un nucleo sferico centrale e un disco piatto in rotazione attorno al nucleo nel quale si sviluppano dei bracci di spirale. Nella foto i bracci di spirale si vedono bene nella parte di sinistra, delineati dalle parti del disco che sono meno luminose.

Il diametro del disco di una galassia come questa oppure come la Via Lattea è dell'ordine dei 100.000 anni luce, una dimensione così grande che espresso in Km sarebbe un 1 seguito da 18 zeri.

La distanza di questo oggetto da noi è circa 2.5 milioni di anni luce, in altre parole, quando Lucy e i suoi discendenti camminavano su questa terra e dell'uomo sapiens ancora non v'era traccia, la luce della galassia è partita e ha raggiunto noi nel 2016. Ecco una peculiarità dell'astronomia che non tutti conoscono: più lontano si osserva e più "vecchie" sono le immagini che ci raggiungono, stiamo guardando nel passato.

Se guardate la foto noterete delle macchie scure, in prossimità del nucleo, che impediscono alla luce retrostante di arrivare a noi, si tratta di nubi di polveri che ostruiscono la linea di vista e ... si, le abbiamo già viste da qualche altra parte: i "buchi" scuri nella prima foto della Via Lattea non rappresentano dunque una assenza di stelle ma enormi nubi di polveri che bloccano la luce proveniente dalle zone più lontane.

E dov'è il nucleo della nostra galassia? c'è nella foto della Via Lattea? purtroppo no, per due ragioni distinte: la prima è che la direzione del nucleo è al di fuori della foto, verso sud e per fotografare in quella direzione bisogna spostarsi a latitudini più basse; la seconda è che quello che vediamo della Via Lattea, a causa di nubi oscure, gas e stelle lungo la linea di vista, è solo una porzione limitata di alcune migliaia di anni luce attorno a noi. Come facciamo a saperlo? Queste strutture bloccano la vista ma è ancora possibile guardarci attraverso usando telescopi che invece che focalizzare la luce visibile riescono a raccogliere immagini da altre parti dello spettro elettromagnetico: infrarossi, microonde, radio, ultravioletti e raggi X.

Quindi sappiamo anche più o meno dove sarebbe il nostro sistema solare rispetto ad esso , se la fotografia qui sopra fosse quella della Via Lattea vista dall'esterno, allora il nostro sole sarebbe vicino ad una delle zone meno luminose del disco a circa meta' della distanza tra il nucleo e le parti periferiche, leggermente in basso a sinistra rispetto al centro della foto.

A questo punto abbiamo raccolto un po' di informazioni per una seconda piccola lezione di astrofisica. Abbiamo visto che i bracci di spirale si stagliano come le zone più luminose del disco di una galassia, perché sono più luminose? La risposta viene dalla prima cosa che abbiamo imparato: perché contengono le generazioni di stelle più giovani!

Ecco tutta la storia: immerso tra i gas del disco della galassia, c'è un forte campo magnetico a forma di spirale che ruota attorno al nucleo spazzando il disco. Man mano che questo campo magnetico raggiunge nuove regioni contenenti nubi di gas, le perturba e ne fa collassare alcune parti creando una intera generazione di nuove stelle. Queste nuove stelle saranno di tutti i tipi, grandi, medie e piccole, ma le più grandi, sappiamo, brillano così intensamente da surclassare la luce di quelle medie e piccole. Il tempo passa, il campo magnetico passa oltre andando a stimolare la crescita di stelle in altre zone del disco e le stelle più grosse e luminose "muoiono" facendo sì che quella regione della galassia diventi progressivamente meno luminosa.

La Grande Nebulosa di Orione

Le regioni dove si formano le stelle sono caratterizzate dalla presenza di gas ad altissime temperature scaldati dalle giovani stelle fino ad emettere luce: alcune delle macchie rosse che abbiamo visto nelle foto precedenti hanno proprio questa natura e vengono chiamate Regioni HII. Per fortuna non dobbiamo armarci di lente di ingrandimento né di un telescopio enorme per vederne una nei dettagli, perché ce ne è una "vicina" a noi, a circa 1000 anni luce dal sole, la Grande Nebulosa di Orione

La Nebulosa è ben visibile nei cieli invernali: nella Costellazione di Orione, il complesso della nebulosa rappresenta la "spada" del cacciatore. Nella sua zona più brillante, quasi al centro della foto, ci sono centinaia di stelle in formazione in vari stadi del loro sviluppo e dischi protoplanetari da cui si formeranno dei sistemi planetari.

Le Pleiadi


La poderosa emissione di onde elettromagnetiche di queste giovani stelle, con il passare del tempo, spazzerà via il gas che le circonda disvelandole. Il tempo richiesto per questo processo è molto lungo per la scala umana, parliamo di circa 100.000 anni, ma per fortuna in cielo c'è un gruppo di stelle molto famose che si sono appena liberate del gas della propria "incubatrice": le Pleiadi.

Le Pleiadi sono un gruppo di giovanissime stelle visibile ad occhio nudo nei cieli invernali nella costellazione del Toro, sono così famose che vengono citate nelle opere di Tolomeo e Omero (ma non solo: vi sono tracce di esse nelle tradizioni di tutte le culture umane sparse per il globo). Ad occhio nudo è possibile distinguerne 6 o 7, per vederle tutte invece serve un piccolo telescopio. Le foto a lunga esposizione come quella che avete davanti agli occhi mostrano i residui dei gas che le circondavano e che ormai è stato in gran parte spazzato via.

Con questa quarta ed ultima foto si conclude il breve tour tra i grandi oggetti del cielo, ho voluto parlare solamente dei più famosi, visibili anche ad occhio nudo e facilmente individuabili in cielo, ma ce ne sono altri, anche più estesi, ma talmente deboli da poter essere rivelati solamente con l'aiuto di strumenti.

Nel frattempo, abbiamo avuto modo di svelare alcune delle stranezze del mondo degli astronomi come le distanze smisurate e il fatto che questi possano guardare indietro nel tempo; abbiamo anche avuto modo di avere qualche informazione sulla vita delle stelle, come nascono, come diventano "grandi" abbandonando, anzi facendo evaporare, la loro nursery e infine quanto sono destinate a durare.
Concludiamo l'articolo pubblicando una mappa del cielo così come appare alle 22 a Gennaio dal centro Italia. Sono riportate le posizioni della Galassia di Andromeda, della Nebulosa di Orione e delle Pleiadi.



Michele Orsini
gennaio 2017