Una galassia contiene una quantità compresa tra alcuni milioni e alcune centinaia di miliardi di stelle, legate dalla forza di gravità reciproca. Le stelle di una galassia possono far parte di un ammasso stellare o di una più ampia popolazione di stelle singole distribuite nella galassia. Inoltre, una galassia contiene resti di stelle, polvere, gas e materia oscura. La maggior parte delle galassie ospita un buco nero supermassiccio nel nucleo.
La materia oscura è quel tipo di materia che non emette radiazione elettromagnetica né interagisce con essa e quindi è impossibile da vedere direttamente. Pur essendo invisibile, la materia oscura ha una massa e la sua esistenza si deduce proprio grazie agli effetti gravitazionali che provoca sugli oggetti visibili, come l’alterazione del loro moto o la distorsione delle immagini dovuta a fenomeni di lente gravitazionale. Le galassie sono circondate da un alone molto esteso di materia oscura – in un certo senso, ciò che vediamo di una galassia è solo la punta dell’iceberg della massa totale.
Nel corso delle prime centinaia di milioni di anni nella vita dell’universo, la materia oscura è evoluta in numerose regioni più dense, dette aloni. Con l’accumulo di idrogeno ed elio gassosi in questi aloni, si sono formate le prime galassie e le prime stelle. Le grandi galassie a spirale come la Via Lattea si sono evolute attirando e incorporando diverse galassie più piccole. Le grandi galassie ellittiche, invece, si sono formate dalla collisione e dalla fusione di galassie massicce. A seconda delle riserve di gas a disposizione e in seguito al riscaldamento dovuto alle esplosioni stellari o all’attività nucleare, in queste galassie si sono formate nuove stelle a ritmi più o meno elevati.
In base alla loro morfologia, le galassie sono definite come spirali, ellittiche o irregolari. Questi tre tipi di ga- lassie differiscono non solo per la forma, ma anche per ciò da cui sono costituite. Le galassie a spirale hanno bracci appiattiti a forma di spirale, formati soprattutto da stelle giovani e brillanti e da grandi quantità di polvere e gas. Al contrario, le galassie ellittiche contengono meno gas freddo; le loro stelle sono prevalentemente vecchie e hanno una distribuzione sferica o ovoidale. Alcune galassie, tra cui la maggior parte delle galassie nane, non mostrano nessuna di queste due forme di riferimento e sono chiamate irregolari.
La Via Lattea è una galassia a spirale con una struttura a forma di barra al centro. Il Sistema solare si trova a circa 25.000 anni luce dal centro, in uno dei bracci a spirale. La parte visibile della nostra Galassia è una raccolta di stelle a forma di disco, con un diametro di circa 100.000 - 120.000 anni luce e uno spessore di soli 2.000 anni luce. In questo disco le stelle giovani e la polvere formano i bracci a spirale. In una notte buia, da un luogo non illuminato, possiamo vedere una piccola frazione degli oltre cento miliardi di stelle del disco galattico come un’enorme fascia diffusa che attraversa il cielo. Questo è come ci appare la Galassia vista all’interno.
Secondo una teoria comunemente accettata, i bracci a spirale sono il risultato di un’onda di compressione della materia che si sposta nel disco della galassia, spingendo le stelle, il gas e la polvere ad accumularsi come automobili in un ingorgo in una strada trafficata. Si formano così nel disco regioni più dense che ap- paiono come i bracci di una spirale. Queste regioni di alta densità contengono grandi quantità di polvere e gas, essenziali per la formazione di nuove stelle. Di conseguenza, i bracci delle spirali contengono molte stelle giovani e brillanti proprio a causa dell’alto tasso di formazione stellare.
Si stima che una tipica galassia contenga circa cento milioni di buchi neri di massa stellare. Questi si formano quando una stella massiccia termina la propria vita con un’esplosione di supernova. I buchi neri supermassicci invece si trovano nel nucleo della maggior parte delle galassie e sono i più grandi buchi neri conosciuti, con masse che vanno da alcuni milioni a più di un miliardo di masse solari. Il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea ha una massa pari a circa quattro milioni di volte la massa del Sole. La prima immagine diretta dell’ombra dell’orizzonte degli eventi di un buco nero, quello al centro dell’enorme galassia ellittica M87, è stata ottenuta nel 2019 combinando i dati di otto radiotelescopi distribuiti in diverse posizioni sulla superficie della Terra.
La galassia più vicina alla Via Lattea è la galassia nana del Cane Maggiore, a una distanza di circa 25.000 anni luce. Le galassie più lontane ci appaiono molto deboli e sono quindi difficili da osservare. Per ottenere immagini di galassie lontane è necessario usare telescopi grandi e con alto potere risolutivo e impiegare tempi di esposizione lunghi per raccogliere una quantità sufficiente di luce.
Le galassie non sono distribuite a caso nell’universo. Di solito una galassia fa parte di un ammasso di galassie. Questi ammassi contengono centinaia o addirittura migliaia di galassie tenute insieme dalla forza di gravità reciproca. Gli stessi ammassi di galassie sono raggruppati in strutture ancora più grandi chiamate superammassi. La Via Lattea fa parte di quello che viene chiamato Gruppo Locale, che contiene più di 54 galassie. Il Gruppo Locale si trova alla periferia dell’ammasso della Vergine a cui appartiene. A sua volta l’ammasso della Vergine appartiene al superammasso della Vergine, che a sua volta fa parte del superammasso Laniakea.
Le interazioni tra galassie ne influenzano aspetto ed evoluzione. Nel passato si pensava che nel corso della propria vita una galassia potesse evolvere da un tipo a un altro. Tuttavia le attuali conoscenze scientifiche mostrano come all’origine di alcuni tipi di galassie ci siano le interazioni gravitazionali. Le galassie ellittiche potrebbero infatti essere formate dalla fusione di grandi galassie. Questi eventi inoltre potrebbero a loro volta innescare processi di formazione stellare nelle galassie interagenti.
