Strutture a grande scala

Le osservazioni dello spazio profondo a grande scala mostrano che le galassie si trovano spesso in associazioni relativamente strette con altre galassie.

Galassie solitarie

Queste galassie non hanno avuto interazioni significative con altre galassie di massa simile negli ultimi miliardi di anni e sono molto rare. Solo il 5% delle galassie osservate mostra condizioni di vero isolamento. Tuttavia queste formazioni isolate potrebbero aver avuto interazioni ed eventualmente subìto delle fusioni con altre galassie nel passato, e potrebbero anche possedere delle galassie satelliti più piccole. Le galassie isolate, dette talvolta anche galassie di campo, possono produrre stelle ad un tasso più alto del normale, poiché il loro gas non è strappato via dalle interazioni con altre galassie vicine.

L’universo è in continua espansione

In scala maggiore, l’Universo, nel rispetto della legge di Hubble, è in continua espansione, e risulta dall’aumento della distanza tra le singole galassie. Le associazioni galattiche possono superare questa tendenza all’espansione solo in scala locale, attraverso la loro reciproca attrazione gravitazionale. Tali associazioni si formarono nei primi stadi dell’Universo, quando insiemi di materia oscura attrassero assieme le loro rispettive galassie; successivamente i gruppi più vicini si fusero, dando luogo ad ammassi di più grandi dimensioni.

Questo processo di fusione tra gruppi di galassie riscaldò il gas intergalattico portandolo ad alte temperature, che raggiunsero in certi casi i 30-100 milioni di K. Circa il 70-80% della massa di un ammasso è formata da materia oscura, di cui il 10-30% va a costituire questo gas ad alta temperatura; il restante 20-30% del totale forma le galassie.

La maggior parte delle galassie dell’Universo sono legate gravitazionalmente in strutture gerarchiche di ammassi, che ricalcano la forma di un frattale, contenenti la gran parte della massa barionica dell’Universo. La tipologia più diffusa è l’associazione galattica, costituita da pochi membri. Perché l’associazione si mantenga stabile, ogni galassia membro deve avere una velocità sufficientemente bassa da evitare il proprio allontanamento (vedi Teorema del viriale); se però l’energia cinetica è troppo bassa, il gruppo potrebbe evolvere in un gruppo con meno galassie, poiché alcune di esse tenderanno a fondersi l’un l’altra.

Le strutture a grande scala

Le strutture maggiori, che contengono invece diverse migliaia di galassie concentrate in un’area di pochi megaparsec (1Mpc = un milione di parsec), sono chiamate ammassi. Tali strutture sono spesso dominate da una singola galassia ellittica gigante, nota come galassia di ammasso più luminosa, che col tempo disgrega le sue galassie satelliti a causa della sua grande forza di marea, acquistandone la massa.

Gli ammassi e le associazioni, spesso insieme ad alcune galassie singole, sono a loro volta raggruppati in superammassi di galassie, che contengono decine di migliaia di galassie. Al livello dei superammassi le galassie sono disposte all’interno di vaste superfici e filamenti, circondati da vaste aree vuote. Oltre questa scala, l’Universo appare essere isotropico ed omogeneo.