AMMASSI
DI
GALASSIE
Marco Castellano
[email protected]
AMMASSI DI GALASSIE
Gli oggetti più grandi dell’Universo:
1) Un breve “viaggio” verso l’Ammasso più vicino a noi
2) Quanto sono grandi: la loro massa e i modi per
misurarla
3) Non solo galassie: le proprietà della materia che li
compone
4) Gli Ammassi e la nostra comprensione dell’Universo
Distanza Terra-Sole=150 mil. Km (1 ua)
Distanza Plutone-Sole≈40 ua
Il Voyager 1 ha impiegato 35 anni
Sistema Solare : 0.0008 a.l.
per raggiungerne i confini (120 ua)
viaggiando a 17 Km/s
La nostra Galassia:
Dimensione: 100 000 anni luce
(130 milioni di volte il Sistema
Solare)
Distanza del Sole dal centro
della Galassia: 26000 anni luce
Contiene 100 miliardi di stelle
La nostra Galassia:
Dimensione: 100 000 anni luce
(130 milioni di volte il Sistema
Solare)
Distanza del Sole dal centro
della Galassia: 26000 anni luce
Il “Gruppo Locale”
La Via Lattea e
Andromeda sono le
due galassie più
grandi tra le oltre
50 nelle nostre vicinanze.
Distanza tra la Via Lattea e
Andromeda: 2.5 milioni di
anni luce.
Sistema Solare
0.0008 a.l.
Stella piu’ vicina al Sole
4
a.l.
Via Lattea
100 000
a.l.
Dist. Gal. di Andromeda
2 500 000
a.l.
Dist. Ammasso di Virgo 54 000 000
a.l.
L’AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO
Credits: R. B. Andreo, blog.deepskycolors.com
L’AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO
L’AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO
Contiene 1300 galassie
Diametro in
cielo: 10 gradi
Distanza da noi: 54 milioni di anni luce
20 volte più
grande della
luna
Diametro: 8 milioni di anni luce
Ammassi di Galassie: la Massa totale
L’intensita’ del campo
gravitazionale imprime
velocita’ alle galassie.
V
2
GM
R
Misuriamo le velocità
del moto delle galassie
all’interno dell’Ammasso
per misurarne la massa
totale.
V
c
Ammassi di Galassie: la Massa totale
L’intensita’ del campo
gravitazionale imprime
velocita’ alle galassie.
V
2
GM
R
Le galassie negli ammassi si
muovono a migliaia di Km/s…
M = 1015 Msole=
1.000.000.000.000.000 Msole
1 milione di miliardi di volte la massa del Sole!
Geometria
Contenuto di
Spazio-Tempo massa-energia
Da cosa è composto un Ammasso?
Galassie, in gran parte “ellittiche”:
Le più grandi hanno masse di 100-1000
miliardi di volte la massa del Sole.
M87, nell’Ammasso di Virgo
Sommiamo la massa di tutte le galassie: è solo il 2% della massa totale!
Dov’è il resto?
Una prima sorpresa: guardiamo un Ammasso con uno strumento
in grado di vedere i raggi X
Optical: NASA/STSci-I
X-ray: NASACXCMIT Peng et al.
Una prima sorpresa: guardiamo un Ammasso con uno strumento
in grado di vedere i raggi X
GM
KT
R
Con masse M = 1015 Msole la materia raggiunge T di
centinaia di milioni di gradi.
KT
12
10
2 1/ 3
en
Rapporto tra energia
termica ed energia
elettrostatica: il plasma
negli ammassi si comporta
come un semplice gas ma
composto di particelle
cariche.
La densità del plasma all’interno degli Ammassi è di sole
1000 particelle per m3: ciò lo rende il “miglior” plasma in natura.
Le particelle cariche del plasma interagendo emettono
“radiazione di frenamento” ad altissima energia : raggi X.
L’atmosfera blocca radiazione con
lunghezza d’onda piu’ piccola di 3800Å.
I raggi X sono osservabili solo a quote
elevatissime (>100 km).
I moderni telescopi X
sono 100 milioni di volte
più sensibili dei primi
strumenti usati negli anni ’60.
Un progresso tecnologico
pari a quello raggiunto in 4
secoli dai telescopi ottici.
XMM
1962
UHURU: 1970
Chandra
1949: prima immagine X della corona Solare
(Friedman, US Naval Res Lab)
1962: Sco X-1 prima sorgente X fuori dal
sistema solare (Giacconi, Gursky, Paolini, Rossi)
1970: lancio di Uhuru, primo satellite per osservazioni X
osserva tutto il cielo individuando 339 sorgenti.
1971: scoperta dell’
emissione X negli
Ammassi (Cavaliere,
Gursky, Tucker)
1978: Satellite Einstein, il primo in grado di ottenere vere “immagini” X.
1990: Satellite ROSAT, oltre 1000 Ammassi X sino a 8 mld di anni luce
da noi (Rosati et al. 2002).
1999: Lancio di Chandra e XMM. Osservazioni più profonde
mai ottenute (Chandra, 1Ms, Giacconi et al. 2002).
2011: XMM osserva l’Ammasso X più distante a 10.4
miliardi di a.l. da noi (Gobat et al. 2011).
Grazie ai telescopi
X su satellite si
sono potuti
studiare centinaia
di Ammassi, sino a
distanze di 10
miliardi di anni
luce da noi.
Il plasma negli Ammassi non è sempre un ambiente tranquillo
Il plasma negli Ammassi non è sempre un ambiente tranquillo
Randall et al. 2008
Il Plasma interagisce con le Galassie, strappando via parte del gas che
contengono
Ioni ed elettroni del Plasma da quali atomi provengono?
In gran parte da idrogeno ed elio: 0.5% da atomi prodotti da reazioni
nucleari all’interno delle stelle e poi dispersi nello spazio.
Il Plasma di un Ammasso può
contenere una massa in Ferro pari a
100 miliardi di volte la massa del
Sole!
Conoscendo composizione e densità del plasma e il volume dell’
Ammasso possiamo calcolarne la massa totale: 6 volte la massa di
tutte le galassie.
2%
+
12%
= 14% M
Galassie+plasma sono solo il 14% della massa totale!
Cosa manca?
La Materia Oscura: una nuova forma di materia di cui vediamo solo
l’effetto gravitazionale
Clowe et al. 2004
Le particelle di Materia Oscura non interagiscono tra loro come le
particelle cariche che compongono il Plasma : i due Ammassi “si
attraversano” l’un l’altro
Oggi siamo in grado
di simulare al
computer la
formazione
delle strutture e degli
Ammassi: la presenza di Materia Oscura
è indispensabile a spiegare perché
l’Universo è così come lo vediamo
Credit: Center for Cosmological Physics
Conclusioni
Ammassi di Galassie:
I più grandi oggetti
dell’Universo
- grandi milioni di anni luce,
- masse milioni di miliardi la
massa del Sole
- migliaia di galassie
- il miglior esempio di plasma in natura
- materia oscura: 85% della massa
Springel et al. 2005
- Un significativo esempio di Astrofisica:
1) Osserviamo materia in condizioni non riproducibili in laboratorio
2) Elaboriamo nuovi strumenti per capirne le proprietà
3) Applichiamo le leggi della Fisica per studiare gli Ammassi
4) lo studio degli Ammassi ci rivela qualcosa di nuovo sulla Fisica stessa
