Come si pesa una galassia? Non si può mettere su una bilancia, e noi ci troviamo al suo interno, il che rende tutto più complicato. Eppure gli astronomi ci riescono, osservando come si muovono le stelle e gli ammassi che la popolano. Nel 2019 una ricerca basata sui dati dei telescopi spaziali Gaia e Hubble ha fornito una delle stime più precise: la Via Lattea ha una massa di circa 1.500 miliardi di masse solari.
Pesare con la gravità
Il principio è lo stesso che permette di calcolare la massa del Sole osservando le orbite dei pianeti. Più un corpo è massiccio, più velocemente devono muoversi gli oggetti che gli girano attorno per non caderci dentro. Misurando la velocità e la distanza di un oggetto in orbita, si può calcolare quanta massa c'è all'interno della sua orbita.
Per la Via Lattea la difficoltà è che la massa non è concentrata in un punto ma distribuita su un'area enorme, e che gran parte di essa è invisibile. Per pesare l'intera galassia bisogna quindi osservare oggetti molto lontani dal centro, che "sentono" l'attrazione di quasi tutta la massa.
Gli ammassi globulari come sonde
Gli oggetti ideali sono gli ammassi globulari: gruppi sferici di centinaia di migliaia di stelle molto antiche, che orbitano attorno alla Via Lattea formando un alone attorno al disco. Se ne conoscono circa 150-160, alcuni a decine di migliaia di anni luce dal centro, altri molto più lontani.
Un gruppo di ricercatori guidato da Laura Watkins, allora all'European Southern Observatory, ha combinato le misure del movimento di 34 ammassi globulari ottenute da Gaia con quelle di 12 ammassi più lontani misurati da Hubble in un periodo di dieci anni. Conoscendo la velocità tridimensionale degli ammassi, fino a circa 130.000 anni luce dal centro galattico, è stato possibile stimare la massa totale: circa 1,5 miliardi di miliardi, cioè 1,5 × 1012, volte quella del Sole.
Una stima che cambia
Le stime della massa della Via Lattea variano molto a seconda del metodo e dei dati usati. Negli ultimi decenni sono oscillate tra circa 500 miliardi e 3.000 miliardi di masse solari. Il valore del 2019 si colloca nel mezzo, e altri studi successivi, basati su cataloghi più recenti di Gaia, hanno proposto valori un po' più bassi, intorno ai mille miliardi o meno. Il problema principale è che non sappiamo esattamente dove finisca la galassia: il suo alone si estende gradualmente e si confonde con lo spazio intergalattico.
La maggior parte è invisibile
Il dato più sorprendente è quanto poco di quella massa sia fatto di stelle. La Via Lattea contiene da 100 a 400 miliardi di stelle, ma la loro massa complessiva, insieme a gas e polvere, è stimata in qualche decina di miliardi di masse solari. Il resto, la grande maggioranza, è materia oscura: una forma di materia che non emette né assorbe luce e che si manifesta solo attraverso la gravità.
L'esistenza della materia oscura fu suggerita già negli anni Trenta dall'astronomo svizzero Fritz Zwicky, studiando gli ammassi di galassie. La prova più convincente arrivò negli anni Settanta dal lavoro dell'astronoma statunitense Vera Rubin, che misurò la velocità di rotazione delle stelle nelle galassie a spirale. Le stelle più esterne giravano troppo velocemente: se ci fosse stata solo la massa visibile, sarebbero dovute sfuggire via. Doveva esserci qualcos'altro a tenerle legate. Rubin è una delle figure raccontate nell'articolo sulla storia delle donne nella scienza.
Perché è importante conoscere la massa
La massa della Via Lattea influenza molte altre domande. Determina quali galassie satelliti sono davvero legate alla nostra e quali stanno solo passando: se la galassia fosse più leggera, per esempio, le Nubi di Magellano potrebbero essere al loro primo passaggio. Serve anche a confrontare la Via Lattea con Andromeda, la grande galassia vicina con cui, tra qualche miliardo di anni, potrebbe scontrarsi e fondersi.
La massa influenza anche il numero di galassie nane che ci aspettiamo di trovare attorno a noi, un tema al centro della scoperta di oggetti come Antlia 2, la galassia fantasma nascosta dietro il disco. E aiuta a verificare i modelli cosmologici su come si formano le galassie.
Il ruolo di Gaia
Gaia, lanciato dall'ESA nel 2013 e rimasto in attività fino al 2025, ha misurato posizioni, distanze e movimenti di quasi due miliardi di stelle, costruendo la mappa tridimensionale più dettagliata mai realizzata della nostra galassia. I suoi dati hanno rivoluzionato molti campi dell'astronomia, dalla scoperta di stelle in fuga alla ricostruzione delle galassie inglobate dalla Via Lattea nel suo passato.
Molte delle misure che hanno cambiato la nostra idea della galassia vengono dal telescopio spaziale Hubble, in orbita dal 1990.
La nostra galassia contiene anche molto altro oltre a stelle e materia oscura: gas, polvere e, forse, pianeti abitati. Per una panoramica completa si può consultare la voce Via Lattea su Wikipedia. Altri articoli si trovano nella sezione Astronomia.
