Nov 11

Lo “spogliarello” di una galassia **

Agli astronomi piace molto guardare le bellissime galassie, a costo di entrare un po’ troppo nella loro intimità. Sembra, però, che la cosa non dispiaccia nemmeno alle galassie. Recenti osservazioni hanno seguito uno spogliarello e i movimenti sinuosi dei vestiti che si “staccano” dalla vanitosa artista, ricordando quelli molto più celebri di “Nove Settimane e Mezzo” (senza la musica di Joe Cocker, purtroppo...).

No, no, state tranquilli cari amici… niente “sesso” tra le galassie. Almeno per come lo intendiamo noi…

Prima di cominciare, però, fatemi raccontare l’antefatto di questo articolo. Il nome della "spogliarellista" mi diceva poco ( ESO 137-001 ), mentre mi sembrava estremamente interessante ciò che stava mostrando (non prendetemi per un vecchio “guardone”!). Stavo quindi per generalizzare l’argomento in modo da chiarire il fenomeno che stava coinvolgendo la galassia, quando mi sono accorto che l’avevo già fatto qualche mese fa. Ah… la memoria! La galassia aveva già mostrato le sue doti di spogliarellista e io avevo già descritto nei dettagli lo spettacolo (QUI).

Non dovrei fare altro che limitare le informazioni alle novità più recenti. Ricapitolando: la nostra galassia sta perdendo il suo gas  più freddo ed esterno, proprio quello che le sarebbe servito per creare nuove stelle. Anzi, insieme al gas vi sono sicuramente stelle già nate prima del distacco, mentre altre si sono sicuramente formate a causa della turbolenza che ha investito la loro materia prima. Già si erano ottenute immagini meravigliose, come potete vedere nel vecchio articolo, e già si era capito che lo spogliarello non era comandato dalla gravità di altre sorelle o -più in generale- dell’ammasso che la “nostra” stava attraversando velocemente.

A questo punto mi sono accorto, però, che c’erano ancora un paio di argomenti da approfondire un pochino.

Solitamente quelle strane forme che assumono le galassie, con veli anche lunghissimi che svolazzano a destra e a sinistra, sono dovute alle forze mareali  reciproche (legate alla gravità) tra due sorelle avvicinatesi troppo. Conosciamo bene le interazioni tra galassie e le meravigliose danze a cui danno vita. A volte, non si vede la coppia e sembra che la galassia stia ballando da sola, ma poi si capisce che è la gravità globale dell’ammasso che guida la danza. Abbiamo anche visto recentemente che questo tipo di danza può portare addirittura alla disintegrazione dell’intera galassia.

Nel caso di ESO 137-001 (ma non è la sola), invece, lo spogliarello, molto più tranquillo,  si associa a un fenomeno che conosciamo tutti per esperienza diretta. Provate ad affacciarvi al finestrino di un auto in corsa o di assistere al fenomeno delle meteore. L’articolo precedente descriveva proprio questo fenomeno e mostrava come la galassia seguisse un processo analogo a quello di una meteora, in cui il materiale del meteoroide si stacca dal corpo principale a causa della pressione contro l’atmosfera e viene “trascinato” via creando la scia della meteora.

E’ questo un fenomeno che spesso viene frainteso e si sente dire che una meteora si origina quando un corpo subisce l’attrito con l’atmosfera terrestre e brucia lanciando dietro di sé una scia luminosa di gas e polvere.

Come abbiamo già detto, questa visione è errata e bisogna considerare solo la pressione esercitata sull’aria da un corpo che viaggia ad altissima velocità. Questa pressione fa alzare la temperatura, il meteoroide si frantuma superficialmente e i pezzetti staccatisi subiscono la pressione dell’atmosfera. Viene ovvio pensare a una scia di materia luminosa. Ma ci siamo mai chiesti se è proprio così ovvio?

Sto per fare uscire una lezione sulla quantità di moto, la mia grandezza fisica preferita, e allora perché non darvi un piccolo antipasto che la introduca e che spieghi l’origine delle scie luminose delle meteore? Che è poi la stessa cosa che capita al velo “caduto” alla nostra seducente galassia. Semplifico al massimo la situazione, anche se la fisica più seriosa mi guarderà un po’ storta.

Immaginiamo che il nostro meteoroide entri nell’atmosfera a grandissima velocità. Ovviamente, il gas atmosferico lo possiamo considerare fermo. Chi si muove è solo il pezzo di roccia alieno. Cosa succede, però? Esso si trova davanti della materia gassosa che, anche se a bassa densità, ne ostacola il passaggio. Il punto di contatto “avanzato” subisce in pieno l’impatto e si scalda velocemente, vaporizzando addirittura la crosta superficiale che abbandona il nucleo principale. Questa situazione permette al nucleo di resistere il più a lungo possibile e magari giungere a terra con la parte centrale ancora abbastanza fredda. Ma torniamo alla particelle che si sono staccate e che continuano a staccarsi. Esse viaggiano sempre alla stessa velocità di quando erano attaccate al corpo centrale  e non subiscono nessun attrito o forza esterna.

Quello che subiscono è invece uno scontro contro le particelle del gas. A questo punto siamo tornati al gioco del biliardo e/o delle bocce. Abbiamo due particelle che si urtano frontalmente. Anche il nucleo si scontra contro particelle, ma la sua massa lo fa sorridere dal punto di vista dinamico e la sua corsa continua abbastanza regolare (fino a una certa altezza). I pezzetti che si sono staccati, invece, patiscono molto di più gli urti contro le particelle del gas. Non vengono certo trascinate "indietro" (come qualcuno potrebbe pensare), ma sono costrette a rallentare. Tutte questa parole non fanno altro che descrivere la conservazione della quantità di moto.

Ne parleremo a fondo tra pochi giorni, ma l’importante, per adesso, è solo ricordare che la somma delle quantità di moto delle due particelle prima dell’urto deve rimanere costante dopo l’urto. In formula (uso i moduli dato che ho considerato che tutto avvenga lungo una sola direzione)

m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’

m1 e m2 sono le masse della particella di gas e della particella del meteoroide staccatasi dal nucleo principale. v1 e v2 sono le loro velocità iniziali e v1’ e v2’ quelle dopo l’urto.

Tuttavia, abbiamo detto che il gas che compone l’atmosfera può considerarsi fermo, ossia le sue particelle hanno velocità ZERO. La formula diventa, allora:

0 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’

Dividiamo tutto per m2 e ricaviamo la velocità finale v2’ della particella  del meteoroide:

v2’ = v2 – (m1/m2)v1’

la velocità finale del pezzetto di meteoroide è più piccola di quella originaria, dato che dipende dal rapporto delle masse coinvolte. Più esse sono comparabili e più il pezzo rallenta. Ne segue che il pezzo più grande continua abbastanza bene la sua corsa, mentre i frammenti più piccoli restano indietro dando luogo alla scia. Essa non è quindi qualcosa che parte dalla testa e va in verso opposto, ma è qualcosa che si stacca e che rallenta sempre di più a seconda della sua massa. Non è attrito, bensì conservazione della quantità di moto! La situazione è riassunta in Fig.1.

Figura 1
Figura 1

Torniamo alla nostra galassia che fa esattamente lo stesso. Essa viaggia a grande velocità (milioni di km all’ora) in mezzo a un gas più o meno rarefatto (il gas intergalattico che non si vede, ma c’è). Oltretutto è molto caldo e le sue particelle si agitano molto. Insomma, alla fine, le parti più esterne della galassia, che risentono meno della gravità del nucleo centrale (nelle meteore la gravità tra il nucleo e i frammenti conta poco), si staccano e perdono sempre più terreno, dando luogo a quei magnifici strascichi azzurri, pieni di stelle e di gas relativamente freddo che era il cibo necessario alla galassia per formare nuove stelle.

Lo spogliarello è una gioco rapido di trasformazione: fa passare velocemente una galassia ancora attiva e vivace in una galassia composta solo da vecchie stelle aggrappate attorno al nucleo centrale. Un invecchiamento galattico, velocizzato da un semplice spogliarello causato dalla pressione esercitata dal gas intergalattico sulle parti più “deboli” della galassia.

La nuova ricerca non sembrerebbe cambiare niente rispetto a quanto già si sapeva e l’immagine che ci viene fornita dallo strumento MUSE al VLT dell’ESO è anche molto meno attraente e seducente (Fig. 2). Dove sta allora la novità?

Figura 2. Fonte: ESO/M. Fumagalli
Figura 2. Le parti verdi si avvicinano e le parti rosse si allontanano. Fonte: ESO/M. Fumagalli

Purtroppo la solita Media INAF parte già con un  titolo completamente sbagliato “MUSE fotografa uno scontro di galassie”. Ma quale scontro? Chi ha scelto il titolo? E poi viene anche dato poco risalto alla vera novità della nuova osservazione e il processo non è certo spiegato in modo molto “limpido” (almeno secondo me…). Lo strumento MUSE, applicato al VLT dell’ESO, riesce a ottenere uno spettro per ogni pixel dell’immagine, ossia riesce a leggere perfettamente la velocità del gas che lascia la galassia, punto per  punto. In particolare, riesce a capire quali parti si allontanano da noi e quali si avvicinano. In poche parole, riesce a capire il movimento intrinseco del velo strappato!

Proprio questo movimento elimina qualsiasi dubbio sulla causa che ha innescato lo spogliarello. Se qualcuno pensava ancora a un effetto gravitazionale, dovuto alla massa dell’ammasso, deve accettare l’ipotesi descritta precedentemente. Come si è arrivati a questa conclusione? Ve la semplifico in modo un po’ drastico, ma indicativo.

Se un certo pezzo di galassia fosse stato strappato a causa della gravità di un oggetto esterno, il suo movimento dovrebbe essere diretto verso l’origine della forza. Si romperebbe del tutto il legame gravitazionale con la vecchia casa cosmica. Vi sarebbe una dispersione del gas  che seguirebbe le regole impostegli dalle masse che l’hanno strappato alla “mamma”. Se, invece, il processo di distacco fosse quello raccontato prima, ci sarebbe un rallentamento delle parti staccate, ma esse continuerebbero a risentire, anche se in maniera più blanda”, della gravità del nucleo galattico. In fondo, anche se la velocità diminuisce si può sempre mantenere un moto rotazionale attorno al centro della galassia (abbiamo pianeti vicini e lontani…).

Lo studio del moto del gas strappato è quindi una prova decisiva del processo che ha innescatolo spogliarello. Ed ecco che l’immagine che sembrava ben poco attraente diventa, invece, fondamentale, con i suoi due colori... Si nota molto bene che il gas che ha ormai lasciato la galassia continua a rivolvere attorno al suo nucleo, come faceva prima… Nessuna gravità esterna, quindi, ma solo pressione del gas intergalattico. Una conferma decisiva, se ancora ce ne fosse stato bisogno. La Fig. 3  mostra, in modo estremamente schematico, come mai una rivoluzione attorno al nucleo galattico possa portare ad allontanamento e ad avvicinamento di materia. Il colore rosso è legato a ciò che si allontana (come al solito) e quello verde a ciò che si avvicina.

Figura 3
Figura 3

Beh… una notizia non proprio sconvolgente (in fondo una conferma di qualcosa già abbastanza sicuro) ci ha permesso di parlare di MUSE,  ma, soprattutto, di far recitare la mia cara amica quantità di moto. Vedete come anche la fisica più semplice abbia applicazioni continue anche su fenomeni che sembrano mostruosamente complicati? Ben venga, quindi la trattazione sul momento angolare… e spero che lo seguiate con attenzione, sopportando quegli “antipatici” vettori!

Articolo originale QUI

 

Non solo spogliarelli di galassie in questo Universo, ma anche di pianetistelle e singol...arità!

9 commenti

  1. foscoul

    Articolo molto utile Grazie Enzo ora ho chiaro il concetto di "scontro " tra galassie e quantità di moto. :-P

  2. caro Foscoul,
    occhio, però, che in questo articolo non vi è uno scontro tra galassie... ma solo uno scontro con il gas intergalattico... Tanto per non confondere i lettori...

  3. foscoul

    Perdonatemi la leziosità :oops:

  4. foscoul

    Scusate ho sbagliato 2 volte intendevo dire la mia leggerezza nell'esprimermi....
    :oops: :oops:

  5. Alvermag

    ".... aveva già mostrato le sue doti di spogliarellista e io avevo già descritto nei dettagli lo spettacolo (QUI)".

    Sono andato sul link e sono rimasto un pò deluso .... beh .... mi aspettavo altro ....... :mrgreen:

    N.B.: Avrete capito che oggi sono sul faceto.

  6. Paolo

    Piccola domanda?
    Ma questa galassia sta attraversando una regione di spazio in cui il gas è più denso rispetto a quello che circonda altre galassie (oppure è la galassia che è particolarmente veloce), oppure tale fenomeno si ritiene piuttosto comune?

    Una sola considerazione la figura 3 mi ricorda un sacco i prodotti vettoriali e l'inversione di verso del vettore risultante.....

    Paolo

  7. no, Paolo, non sempre... è che siamo in un ammasso galattico e lì di gas vagante ce n'è molto. Beh... la figura ricorda i vettori perché si sta vedendo un... momento angolare... e quindi :wink: Tra non molto ci arriviamo...

  8. gioyhofer

    Insomma le galassie funzionano un po' come le comete????

  9. No ragazzi... temo che sia nata un po' di confusione...

    Le meteore e le comete funzionano in modo diverso:

    una meteora si forma come la galassia che si spoglia. Niente trascina via le particelle (l'atmosfera o il gas intergalattico), ma è la pressione dovuta alla presenza di gas che causa un rallentamento delle particelle che arrivano a grande velocità.
    Nelle comete è il calore solare che fa scappare le particelle le quali vengono trascinate via dal vento solare...
    Infatti: nelle comete la coda è diretta in verso opposto a quello del Sole (qualsiasi sia la traiettoria), mentre nelle meteore segue il percorso effettivo del meteoroide.

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