Quanti look ha una galassia?

• Stampe della galassia Centaurus A in diverse lunghezze d’onda (possibilmente su lucido, download disponibile qui: ottico, infrarosso, radio)
• Stoffe di diversa composizione (materiali di recupero)
• Spillatrice
• Forbici
• Spille da balia
• Prototipi di galassie-spille da utilizzare come esempi
• 4 tracce audio (download disponibile qui: 1, 2, 3, 4)
• Speaker per riprodurre le tracce audio

1. Iniziare l’attività mostrando un prototipo di galassia-spilla, ragionando insieme su aspetti come la forma, la rugosità e il tipo di materiale utilizzato per rappresentare le quattro componenti (ottico, infrarosso, radio, X). Per incentivare la discussione si possono porre domande come “Cosa vi sembra questo oggetto? Che forma ha? Secondo voi di cosa si tratta?”

2. Mostrare le immagini stampate su lucido, sovrapponendone l’una all’altra in modo da ricostruire la galassia Centaurus A. Ogni immagine rappresenta una particolare componente della galassia, che può essere osservata utilizzando strumenti diversi.

3. Iniziare la costruzione della galassia-spilla a partire dall’otttico, ovvero il disco di base. Chiedere di scegliere una stoffa soffice ma abbastanza rigida (il colore non conta) e ritagliarne un cerchio per raffigurare la componente ottica, costituita principalmente da stelle.
Mostrare l’immagine corrispondente alla componente ottica, facendo notare come vi sia una zona della galassia oscurata, da cui non proviene luce visibile. Il fenomeno è dovuto alla presenza di polvere, che blocca la luce delle stelle che vi si trovano dietro.
Suggerimento: nelle fasi di costruzione i partecipanti potrebbero voler perfezionare la propria galassia-spilla o ricominciare più volte, allungango la durata dell’attività.  È preferibile cercare di mantenere la fase di realizzazione di ogni componente entro i 5 minuti. È bello essere motivati a migliorare il proprio lavoro, ma si può ricordare che esistono diverse componenti da esplorare e che il loro modellino non può essere sbagliato: ci sono talmente tante galassie nell’Universo che sicuramente ce ne sarà una che ci assomiglia!

4. Far ascoltare la traccia audio 1 che consiste nella riproduzione di una canzone utilizzando solo un pianoforte. Discuterne brevemente insieme, ponendo domande come: “Quali strumenti riuscite a distinguere? Pensate di aver mai sentito questa canzone?”

5. Procedere con l’aggiunta della componente infrarossa. Questa luce viene prodotta principalmente dalla stessa polvere che blocca la radiazione visibile. Per rappresentare questa struttura ritagliare una stoffa in simil-pelle dalla forma a “S” e sovrapporla al cerchio preparato in precedenza.

6. Far ascoltare la traccia audio 2 che contiene la stessa canzone della traccia audio precedente, ma utilizzando solo la chitarra elettrica. Discuterne brevemente come fatto nel punto 4.

7. Scegliere una stoffa con rugosità molto bassa, liscia al tatto, per la componente radio, e ritagliare una forma a 8 per rappresentare la componente radio. Si tratta dell’emissione prodotta da un oggetto molto particolare presente al centro della galassia Centaurus A: un buco nero supermassiccio. Sovrapporre la nuova forma alle altre come si vede in figura.

8. Riprodurre la traccia audio 3 che utilizza una base e un violino. Discuterne brevemente come fatto nel punto 4.

9. Aggiungere l’ultima componente al modellino, ovvero i raggi x, prodotti anch’essi dal buco nero. Scegliere un materiale ad alta rugosità e ritagliarne una sottile striscia. Sovrapporla alle altre come si vede in figura.

10. Il modellino è completato: fissare le varie componenti con un punto di spillatrice e aggiungerci un ago da balia. Procedere con l’ascolto della traccia audio 4, che contiene tutti gli strumenti utilizzati finora, proprio come ogni galassia-spilla ora è formata da tutte le principali componenti di cui è costituita.

La luce che possiamo vedere con i nostri occhi (luce visibile) non è che uno dei tanti tipi di luce, chiamate onde elettromagnetiche. Nell’universo, i corpi celesti non emettono solo luce visibile, ma anche molti altri tipi di onde elettromagnetiche, invisibili ai nostri occhi. Ad esempio, una singola galassia può apparire molto diversa quando osservata con strumenti che osservano diverse bande dello spettro elettromagnetico (l’insieme di tutte le onde elettromagnetiche). In particolare, alcuni tipi di galassie chiamate radio-galassie, per via della presenza di un buco nero che si trova al loro centro emettono radiazione dalla banda radio fino ai raggi X.
Ogni strumento e quindi ogni banda dello spettro elettromagnetico ci fornisce informazioni su una diversa componente di questa galassia e sui vari processi fisici che generano l’emissione.
In questa attività, abbiamo scelto di analizzare un famoso esempio di radio-galassia, chiamato Centaurus A. Possiamo riassumere le diverse emissioni e componenti di questa galassia parlando di quattro diverse regioni dello spettro elettromagnetico: la luce visibile (o banda ottica), la luce infrarossa, le onde radio e i raggi X.

La banda ottica (o visibile)
Nell’immagine ottica sono presenti sia stelle isolate e brillanti (ovvero appartenenti alla nostra galassia, la Via Lattea) che stelle appartenenti alla galassia Centaurus A, molto più lontane da noi rispetto alle stelle della Via Lattea.
Vista nella banda del visibile (ovvero nella regione dello spettro a cui i nostri occhi sono sensibili), la luce di Centaurus A è prodotta dalla moltitudine di stelle che essa contiene. Non siamo in grado di distinguere le stelle una ad una, ma osserviamo la luce che esse emettono in questo bagliore dalla forma rotondeggiante. Per via della sua forma nella banda ottica, questa galassia viene classificata come galassia ellittica.
Osservando questa galassia nell’ottico notiamo che, oltre alla luce delle stelle, vi è una struttura centrale che assomiglia ad una cintura. Si tratta di materiale che chiamiamo polvere, che oscura la regione retrostante, ovvero non ne permette l’osservazione da terra.

La banda infrarossa
Ecco di nuovo la galassia di prima, ma in una lunghezza d’onda differente. Questa volta la stiamo guardando nell’ infrarosso. Cosa notate di diverso? Sembra la galassia di prima? In effetti no, sembra una galassia differente. In questa nuova lunghezza d’onda le stelle sono talmente deboli da risultare invisibili, mentre le polveri sono in grado di emettere molta radiazione (notate infatti che la parte ora “visibile” ha la stessa forma della cintura di polvere che in ottico oscurava le stelle). Questo accade perché il tipo di emissione prodotta da un oggetto dipende fortemente dalla sua temperatura. Le stelle (molto calde, con temperature di migliaia di gradi) emettono nella luce “visibile”, mentre la polvere, essendo molto più fredda (centinaia di gradi sotto lo zero) emette nell’infrarosso. Oggetti equivalenti per capire il concetto possono essere le lampadine ad incandescenza (molto calde, infatti vediamo la loro luce con i nostri occhi) e il corpo umano (molto più freddo, infatti vediamo la sua “luce” con i termometri ad infrarossi). Quindi, studiare questa nuova banda ci permette di cogliere meglio la struttura della polvere senza essere disturbati dalla luce delle stelle.

La banda radio
Al centro di ogni galassia massiccia è presente un buco nero con una massa di milioni o miliardi di volte la massa del nostro Sole, da cui il nome di buchi neri super-massicci. Alcuni di essi sono in grado di produrre potenti getti di plasma, un particolare tipo di materia composto da elettroni e altre particelle sub-atomiche. A causa della presenza di campi magnetici all’interno della galassia, queste particelle sono costrette a muoversi in traiettorie elicoidali, emettendo una radiazione che assume la forma di un “8”. Questa particolare radiazione si chiama radiazione di sincrotrone e può essere osservata principalmente nella banda radio e X.

La banda X
Come spiegato sopra, la radiazione di sincrotrone viene emessa dalla banda radio fino alla banda X. Al contrario della banda radio però, in banda X abbiamo anche un altro effetto rilevante: il plasma emesso dal buco nero, interagendo con il gas che si trova all’interno della galassia, lo riscalda fino a temperature di decine di milioni di gradi. Questo gas, estremamente caldo, emette radiazione in banda X.

Immagine composita
Quello descritto qui sopra non è altro che un significativo pezzo del quotidiano lavoro di chi si occupa di astrofisica. Combinando dati ottenuti in bande differenti, si cerca di ricostruire nel modo più accurato possibile i processi fisici che avvengono all’interno dei corpi celesti. Notate come ogni banda ci dia determinate informazioni e come, in assenza di queste, non sia possibile avere una prospettiva completa di quello che avviene all’interno di una galassia.