La Via Lattea, dal latino Via Lactea, è la galassia in cui si trova il nostro pianeta Terra. Pur essendo solo una tra le innumerevoli galassie dell’universo, la sua posizione ci offre un’opportunità unica per studiare da vicino uno dei “mattoni” che compongono il nostro universo.
La Via Lattea, così chiamata dagli antichi perché appare dalla Terra come una scia bianca e luminosa nel cielo notturno, contiene circa duecento miliardi di stelle. È una galassia a spirale, caratterizzata cioè da un disco di stelle che forma una sorta di spirale. Questa struttura a spirale è composta da quattro bracci principali che si estendono dal centro galattico verso l’esterno. Il Sole si trova in un braccio minore, tra quelli del Sagittario e di Perseo, a circa 25.000 anni luce dal centro galattico (dove un anno luce è lo spazio percorso dalla luce in un anno, alla velocità di 300.000 km/s). Il diametro della Via Lattea è di circa 100.000 anni luce, quattro volte la distanza tra la Terra e il centro della galassia. Per comprendere meglio queste dimensioni, possiamo paragonare la distanza tra il Sole e Nettuno (il pianeta più esterno del Sistema Solare) al raggio di una monetina da 1 centesimo di euro: il diametro della Via Lattea sarebbe allora paragonabile alla lunghezza dell’Italia da nord a sud.
La Via Lattea, come tutte le galassie a spirale, è costituita da tre sottostrutture principali, ognuna con caratteristiche uniche. La prima, già menzionata, è il disco, ricco di stelle, ma anche di gas interstellare, essenziale per la formazione stellare. Questi processi di formazione avvengono principalmente lungo i bracci di spirale, in nubi di gas molto freddo e denso, con temperature inferiori a -250 °C. Tali proprietà costituiscono una condizione necessaria per il collasso gravitazionale del gas, che porterà poi ai processi che daranno vita a nuove stelle. Tutte le stelle del disco ruotano intorno al centro galattico, proprio come la Terra ruota intorno al Sole. Quest’ultimo, per esempio, viaggia a una velocità di circa 250 km/s e completa un’orbita ogni 200-250 milioni di anni. E, considerando che il Sole ha un’età di circa quattro miliardi e mezzo di anni, significa che abbiamo già “circumnavigato” la galassia diverse volte.
La seconda sottostruttura si trova proprio al centro della galassia. È chiamata bulge e si tratta di una sorta di “rigonfiamento”, che contiene un’enorme quantità di stelle, molte delle quali hanno più di dieci miliardi di anni. Questa regione è molto difficile da studiare perché è quasi totalmente oscurata dalle polveri interstellari che si trovano nel disco, tra la Terra e il bulge. Pertanto, servono osservazioni molto mirate attraverso telescopi particolari. Al centro del bulge è stata recentemente scoperta la presenza di un buco nero super massiccio (denominato Sagittarius A*), che si pensa abbia avuto un ruolo fondamentale nella formazione della galassia. Un buco nero è un oggetto con un campo gravitazionale talmente potente che né la materia né la luce possono sfuggirne. Un normale buco nero si forma in seguito all’esplosione di una stella alla fine del suo ciclo vitale.
La stella deve avere una massa pari ad almeno otto volte quella del Sole e, in seguito all’evento di esplosione chiamato Supernova, si genera un buco nero con una massa pari a qualche unità o decina di masse solari. Un buco nero super massiccio è, invece, una struttura molto più pesante, con una massa che può variare dai milioni ai miliardi di volte quella del Sole, e con un campo gravitazionale enormemente maggiore. Gli studi degli ultimi decenni hanno mostrato che buchi neri super massicci sono presenti al centro di quasi tutte le galassie non nane nell’universo.
In realtà, a causa del fatto che essi sono invisibili ai nostri occhi per la loro natura di non far sfuggire neanche la luce, non siamo mai riusciti a osservarne uno direttamente. Tuttavia, siamo certi della loro esistenza grazie a diverse tecniche.
Quello al centro della Via Lattea è stato scoperto tramite studi sui moti di alcune stelle nelle sue vicinanze, effettuati per più di un decennio. Le loro orbite, infatti, sono influenzate dalla presenza di un’enorme massa, che le fa deviare come se stessero orbitando attorno a qualcosa di invisibile e molto grande. Inoltre, grazie alla terza legge di Keplero, siamo riusciti a calcolare la massa di questo buco nero, che dovrebbe essere intorno a quattro milioni di masse solari.
Recentemente, nel maggio del 2022, grazie ad una ricostruzione al computer basata su ingenti quantità di dati raccolti dall’Event Horizon Telescope (una serie di telescopi sparsi in diversi punti strategici della Terra), gli astronomi ci hanno mostrato la prima immagine di Sagittarius A*. Ad emettere luce nell’immagine non è il buco nero in sé, ma un disco di gas chiamato “di accrescimento” che gli ruota intorno a velocità prossime a quella della luce.
L’ultima delle tre sottostrutture che compongono la Via Lattea è l’alone, una struttura sferoidale composta di stelle, che ingloba l’intera galassia. In questa regione, la densità di stelle è molto minore rispetto a quella del disco o del bulge; pertanto, la massa dell’alone è quasi trascurabile rispetto alla massa totale della galassia. Questa periferia galattica è popolata da stelle ancora più vecchie di quelle del bulge, ritenute tra le prime a essersi formate nella galassia. Oltre alle stelle singole, nell’alone si trovano anche i cosiddetti ammassi globulari, aggregati di decine o centinaia di migliaia di stelle vicine tra loro. Nella Via Lattea se ne contano circa centocinquanta, ed essi sono stati cruciali per la comprensione di numerose proprietà delle popolazioni stellari.
C’è infine un’ultima struttura, mai osservata direttamente, ma la cui esistenza è suggerita dalle leggi della fisica. Si tratta di un alone di materia oscura, una forma di massa non rilevabile con alcuna tecnologia conosciuta perché non assorbe né emette radiazione. L’unico modo in cui interagisce con la materia “normale” è tramite la gravità, secondo la legge di Newton. Allora, come possiamo essere così sicuri che questa materia esista, pur non essendo mai stata osservata? Effettivamente, ci sono diverse prove a conferma della sua esistenza, una delle quali è stata trovata proprio all’interno della Via Lattea. Se la materia oscura non esistesse, le velocità delle stelle e del gas interstellare intorno al centro galattico dovrebbero diminuire man mano che ci si sposta verso le zone periferiche della galassia. Tuttavia, ciò non accade: le velocità restano costanti fino ai confini della galassia. Questo fenomeno è spiegabile solo con la presenza di una grande quantità di massa distribuita su tutto il volume della galassia, che non può essere rappresentata dalla sola materia visibile. Si stima infatti che la massa di questo alone di materia oscura sia venti volte maggiore della massa della materia “normale” che costituisce la Via Lattea.
Inoltre, sulla base dell’esistenza della materia oscura si fonda il modello cosmologico che è ad oggi ampiamente accettato a livello internazionale: il modello del Big Bang. Si ritiene che, come per la Via Lattea, ogni galassia dell’universo possieda un alone di materia oscura. Anzi, si pensa che al centro di ogni alone di materia oscura vi sia una galassia, poiché il gas primordiale creato dal Big Bang si sarebbe accumulato in questi aloni di materia oscura, dando vita alle prime stelle e, quindi, alle galassie, durante il primo miliardo di anni dell’universo.
Ma questa… è un’altra storia!