LE GALASSIE ATTIVE




Con il termine "galassia attiva" si intende una galassia che mostra i segni di un'intensa attivita' energetica al suo interno, di solito nella regione nucleare. Per questo motivo si parla spesso anche di "nuclei galattici attivi". Questa attivita' si manifesta in vari modi, ma produce sempre una grande luminosita'; a seconda del loro aspetto, dell'energia emessa e del loro spettro, le galassie attive vengono suddivise in diverse classi. Le piu' importanti sono le galassie di Seyfert, i quasar e le radiogalassie.


Le galassie attive emettono una luminosita' enorme, cento o mille volte maggiore di una galassia normale, cosa che non si puo' spiegare con la sola energia emessa dalle stelle che le compongono.
Inoltre, il loro spettro e' diverso da quello delle galassie normali, sia per quanto riguarda l'intensita' della luce emessa nelle diverse bande spettrali che per la presenza o assenza di righe. Le galassie attive sono spesso sorgenti molto intense proprio nelle bande spettrali piu' "insolite" per una galassia, cioe' la banda radio e la banda X.
Infine la luminosita' di molte di queste galassie, almeno in certe bande spettrali, varia con periodi molto brevi, di pochi giorni o anche di ore; questo fatto sarebbe inspiegabile se la sorgente di luce predominante fossero le semplici stelle.
Tutti questo fa pensare che la sorgente di tale luminosita' non sia soltanto stellare, ma si tratti di un meccanismo violento, di natura ancora incerta, che agisce in una regione molto piccola della galassia rispetto alle sue dimensioni complessive. La maggior parte dell'energia emessa dai nuclei galattici attivi proviene infatti da regioni centrali delle dimensioni di di poche ore-luce o giorni-luce (un'ora luce e' la distanza percorsa dalla luce un un'ora). Per avere un'idea di quanto piccolo e' il nucleo emittente rispetto alle dimensioni dell'intera galassia, si pensi che la distanza tra il Sole e Plutone e' di 5.2 ore-luce, mentre il diametro di una tipica galassia e' di 100.000 anni luce o piu'! Questo significa che la regione emittente di un nucleo attivo puo' avere le dimensioni di un sistema solare.
Il disco di gas caldo nel centro della galassia attiva M87. Il disco, che ha la forma di una spirale, ruota cosi' rapidamente da far pensare alla presenza di un buco nero molto massiccio nel nucleo della galassia (la sua massa e' stata stimata intorno a 3 miliardi di volte quella del Sole). Infatti le stelle che la galassia contiene non sono sufficienti a creare il campo gravitazionale necessario a far ruotare il gas cosi' rapidamente. M87 e' una galassia ellittica gigante visibile nella costellazione della Vergine. (HST)


Ma come si origina tutta questa energia ? Strumenti di osservazione sempre piu' potenti, come i radiointerferometri, hanno permesso in questi anni di studiare sempre piu' in dettaglio i nuclei galattici attivi, ma ancora non si hanno certezze sulla loro natura fisica. Nel corso degli anni sono state proposte diverse teorie (una forte emissione stellare, l'esplosione di un gran numero di supernovae, eccetera...) per spiegarne l'emissione, ma esse sono state via via scartate sulla base di evidenze osservative. L'ipotesi che si sta affermando con maggiore forza e' che il motore centrale dei nuclei attivi sia un buco nero estremamente massiccio, con una massa da 10 milioni a 1 miliardo di volte quella del nostro Sole, concentrata in uno spazio molto piccolo (il raggio di un buco nero e' pari a circa 3 Km per ogni massa solare). Secondo questo modello, la materia circostante (stelle, gas, polvere) presente nel nucleo della galassia forma intorno al buco nero uno spesso disco, a forma di ciambella; essa alimenta il buco nero cadendovi sopra ed emettendo intensamente radiazione. Essa viene quindi inghiottita dal "mostro" centrale, un fenomeno che prende il nome di accrescimento, e convertita in energia elettromagnetica con un'efficienza molto alta. L'accrescimento di circa 2 1030 Kg di materia all'anno (pari alla massa del Sole) basterebbe a spiegare l'energia emessa da una di queste galassie. Se il buco nero ruota intorno al proprio asse, questo motore centrale e' in grado di accelerare il gas circostante e di espellerlo dal nucleo sotto forma di getti, collimati con l'asse di rotazione del buco nero. Si spiegherebbero cosi', per esempio, i radiolobi delle radiogalassie. I getti sono un fenomeno molto comune nei nuclei galattici attivi.
Una volta accettata l'idea del buco nero centrale, si e' fatta strada anche l'ipotesi che lo stesso meccanismo possa dar luogo alla grande varieta' di aspetti che caratterizzano la famiglia delle galassie attive. Secondo il cosiddetto modello unificato, il fatto che il nucleo attivo ci appaia come un quasar piuttosto che come una radiogalassia o una Seyfert, dipende da alcuni fattori, come la massa del buco nero, la morfologia della galassia che lo ospita e l'angolo di inclinazione sotto il quale la osserviamo.
La galassia M87, un'ellitica di tipo E1, nella costellazione della Vergine. E' una delle galassie piu' ricche di ammassi globulari (ne possiede diverse migliaia) ed e' molto luminosa. E' stata identificata con la forte sorgente radio Virgo A, inoltre emette intensamente nella banda X. Si tratta di una galassia attiva, probabilmente con un buco nero al centro. (SEDS)

Le galassie di Seyfert devono il loro nome all'astronomo tedesco che le scopri' nel 1943. Esse sono galassie a spirale dal nucleo estremamente luminoso; possiedono infatti luminosita' cento volte superiori a quella della Galassia, ma proveniente da una regione centrale molto piccola. Le galassie di Seyfert costituiscono all'incirca il 2-3 % del totale delle galassie Esse emettono essenzialmente nell'infrarosso, e il loro spettro presenta delle forti righe di emissione; questo fatto rivela la presenza di gas caldo ionizzato nel loro nucleo. Inoltre l'emissione e' anisotropa, cioe' ha un'intensita' diversa nelle varie direzioni, probabilmente per la presenza di una specie di "ciambella" di polvere che circonda il motore centrale.




La galassia attiva NGC 5128, meglio nota come Centaurus A,
fotografata da David Malin (Anglo Australian Observatory)


Un altro tipo di galassie attive sono le Lacertidi (dal nome della prima galassia del genere che fu osservata, BL Lacerti, nella costellazione della Lucertola). Esse hanno un aspetto compatto, di tipo stellare, ma attorno al nucleo e' visibile un debole alone luminoso, che rivela la presenza della galassia. Il loro spettro ottico e' piatto, nel senso che la potenza di emissione non dipende dalla frequenza, quindi non puo' essere emesso da stelle; inoltre e' privo di righe o quasi. Esse presentano una notevole variabilita' luminosa, di un fattore 100, su tempi di pochi giorni o poche ore. Queste caratteristiche le rendono tra i piu' enigmatici oggetti dell'universo; la spiegazione piu' largamente accettata e' che si tratti di nuclei attivi osservati esattamente lungo la direzione dei getti.
La galassia attiva Centaurus A in un'immagine in raggi X. (HEASARC)

Le radiogalassie sono intense sorgenti nella banda radio e mostrano spesso anche dei getti di materia che si dipartono dal nucleo estendendosi per centinaia di migliaia di anni luce e formando dei lobi radioemittenti.
I quasar sono gli oggetti piu' luminosi e distanti del nostro universo, e costituiscono uno dei campi di ricerca piu' coinvolgenti della moderna astrofisica.

Tra le galassie attive piu' note, ricordiamo per esempio Centaurus A e M87.
Diagramma delle velocita' del gas nel centro della galassia attiva M87, misurate attraverso lo spostamento verso il blu o il rosso del suo spettro. Le velocita' del gas ai bordi del disco sono sono dell'ordine dei 550 chilometri al secondo, cosi' elevate da poter essere spiegate solo con la presenza di un fortissimo campo gravitazionale nel centro della galassia, quello di un buco nero. (HST)

Centaurus A e' una radiosorgente molto brillante nella costellazione del Centauro; si tratta di una galassia ellittica molto brillante, attraversata da una banda oscura di gas e polvere, che la taglia in due nel senso della lunghezza. Questa banda ha una forte velocita' di rotazione e sembra che sia il residuo di un fenomeno di cannibalismo galattico tra una galassia ellittica e una spirale, cioe' della loro fusione per interazione gravitazionale.
Centaurus A emette molto intensamente nella banda radio; l'emissione proviene da due giganteschi lobi, che si estendono per due milioni e mezzo di anni luce in direzione perpendicolare alla banda oscura. La galassia emette inoltre raggi X, con intensita' doppia di quella nel radio e variabile nel tempo su scale di pochi giorni. Il nucleo emette infine dei getti di plasma collimati e dei raggi gamma.
M87 e' una galassia ellittica delle dimensioni di 40.000 anni luce, al centro dell'ammasso di galassie della Vergine; le altre galassie dell'ammasso ruotano attorno ad essa. Dal nucleo di M87 si origina un getto di materia che si estende per 5.000 anni luce nell'ottico, mentre e' visibile nella banda radio fino a 8.000 anni luce dal nucleo. La velocita' delle stelle nel nucleo della galassia cresce rapidamente verso il centro, cosa che fa pensare alla presenza di un buco nero centrale.