I colori dell’Universo
Prof. Giuseppe Longo
Dipartimento di Scienze Fisiche
Università Federico II di Napoli
[email protected]
Napoli 21 marzo 2009, Città della Scienza
Via Lattea: galassia a spirale
Una massa di 200 miliardi di Soli
Casa, dolce casa ...
Fatto No. 2
La velocità della luce è grande (un miliardo di km/h) ,
ma non è infinita!
Guardare lontano equivale a guardare nel passato
Il Sole dista 150 milioni di km, o 8 minuti luce.
Lo vediamo come era 8 minuti prima.
La stella più vicina è
vista ora com’era
4,2 anni fa.
La galassia di Andromeda è vista oggi com’era
2,2 milioni d’anni fa.
Alcune delle galassie dell’Hubble Deep Field:
le vediamo oggi come erano
circa 11 miliardi d’anni fa.
orizzonte
i
cosmologico
Corona
Il Sole
Brillamenti solari osservati da SORCE nella
banda X sullo sfondo (verde) dell
dell’immagine
immagine UV
del Sole ottenuta da SOHO/EIT.
Il Sole
Tutankhamun collection
Mercurio
Raggio medio dell’orbita: 58 milioni di km
Periodo di rivoluzione: 88 giorni
Risonanza spin-orbita:
spin orbita: (3:2)
Periodo di rotazione: 1400 ore
Diametro: 4880 km
Massa 3,3×1023 kg
Orbita molto eccentrica: da 46 a 70 milioni di km
Temperatura: da 90 a 700 °K
Molto denso: 5,43 gm/cm3 vs 3,34 della Luna
Asteroide Ida
Rocce iinutilizzate
R
ili
e
resti di pianeti frantumati
G. Piazzi
La Luna e le sue fasi
L'Apollo 11
Venere
Raggio medio dell’orbita: 108 milioni di km
Periodo di rivoluzione: 220 giorni
Diametro: 12.104 km
Massa 4,9×1024 kg
Orbita quasi circolare
Periodo di rotazione: 243 giorni
Gemello della Terra (superficie giovane)
Coperto di nuvole: effetto serra
Temperatura: da 400 a 740 °K (piombo fuso)
Venti in quota: 350 km/h, calmi a terra
A. Carracci
Vespero ed Espero
Marte
Raggio medio dell’orbita: 228 milioni di km
Periodo di rivoluzione: 1,88 anni
Periodo di rotazione: 25 ore
Diametro: 6.794 km
Massa 6.4×1023 kg
Orbita allungata (influenza sul clima)
T
Temperatura:
t
da
d 140 a 300 °K
Periodo di rotazione: 243 giorni
Atmosfera ricca di CO2
J.L. David
Vulcani giganti
Olympus Mons
25 km
550 km
6 km
Caldera, profonda 3 km
I primi panorami marziani
Viking 2
Viking 1
Il diavoletto di polvere su Marte
catturato da Spirit
Giove
Raggio medio dell’orbita: 778 milioni di km
Periodo di rivoluzione: 11,9 anni
Periodo di rotazione: 9 ore e 51 minuti
Diametro: 142.984 km
Massa 1.9×1027 kg
Composizione: 75% H e 25% He
D.Ingres
Giove e i Pianeti Medicei
Europa
Ganimede
Io
Callisto
Cosimo II
de Medici
Saturno
Raggio medio dell’orbita:
dell orbita: 1,429
1 429 miliardi di km
Diametro: 121-mila km
Massa 5,7×1026 kg
e odo di
d rotazione:
o o e: 10 ore
oe
Periodo
F. Goya
Saturno
a varie inclinazioni
Anelli di Urano
Anelli di Giove
Il 14 gennaio 2005 la sonda europea Huygens sbarca su Titano
Caravaggio: Giove, Nettuno e Titano,
Casina Boncompagni Ludovisi, Roma
Titano
Titano dopo
l’atterraggio di
Huyghens
“Isole nella corrente”...
possibile “isole”
isole su una
pianura scura
Ghiaccio
d’acqua e
sorgenti
ti di
metano
Mosaico di canali e
area costale su Titano
La voce di Titano
G. Cassini
C. Huygens
Urano (13 marzo 1781)
Nettuno
(23 settembre 1846)
Plutone
(23 gennaio 1930)
1 luna (Caronte)
Nuclei di comete
Code di comete
Giotto di Bondone
Il centro della Via Lattea nel Sagittario
D. Tintoretto
10 anni luce
Sgr A
Cuore della Lattea con buco nero
supermassiccio e gas caldissimo
osservato da Chandra
Campii stellari
C
t ll i nella
ll Via
Vi Lattea,
L tt con
gas, polveri e stelle giovani
P.Picasso
Gas, polveri e
nuove stelle
G. Klimt
La tavolozza
delle nebulose
D.G. Rossetti
Nebulose e
ammassi giovani
La G
Grande Nebulosa
di Orione
Stelle che invecchiano
Tiziano V.
Ammassi di stelle
Stelle che esplodono
Sistemi stellari doppi e interagenti
Buchi neri
Nebulosa del Granchio
Disco di accrescimento
attrorno
tt
alla
ll stella
t ll di
neutroni della Crab
Resto di Supernova
in Cassiopea
M87: 10-mila miliardi di stelle
getto lungo 5000 anni luce
galassie satelliti
Le galassie ellittiche
Le galassie a spirale
J.B. Wicar
Sosia della Via Lattea
Immagini della Via Lattea
a diverse lunghezze d’onda
Ancora spirali,
coi primi segni
di comportamenti
peculiari
Cuoree cont
Cuo
controrotante
o otante
S. Dalì: Cannibalismo dell’autunno
un segno di cannibalismo galattico
La galassia Sombrero
Fusione di galassie: simulazione numerica
Millennium simulation
Millennium “fly-through”
fly through
Interactions
Galassie che
esplodono
l d
Mauna Kea
I. Bosch
Gruppi di galassie
Raffaello Sanzio
Superammasso della Vergine
Distanza dal Sole: 50 milioni di anni luce
Superammasso con migliaia di galassie
M t i oscura
Materia
Energia oscura
Archi
gravitazionali
Le galassie e gli ammassi di galassie sono distribuiti in una
struttura cellulare,
cellulare “spugnosa”
spugnosa , con filamenti e pareti di
galassie separati da enormi vuoti cosmici
2dF G
Galaxy
l
R
Redshift
d hift Survey
S
?
?
?
Maggio 2002
?
?
221.283 galassie
Questa struttura cellulare riempie
uniformemente tutto l’universo “vicino”
?
L’espansione dell’Universo
Sappiamo di vivere in un universo
in espansione, perché s’è osservato
che le Galassie – i mattoni
costitutivi dell’universo visibile –
si allontanano le une dalle altre.
E. P.Hubble
Riportando in grafico la velocità di allontanamento in funzione della
distanza, si osserva ppoi che più
p le galassie
g
sono distanti, maggiore
gg
è lo
spostamento verso il rosso della loro luce.
L costante di proporzionalità
La
i li à tra velocità
l i à di allontanamento
ll
e
distanza è detta Costante di Hubble: Ho ~ 70 km/s/Mpc
Universo in espansione
“ ll Hubble”
“alla
H bbl ”
Galassia lontana
Galassia vicina
Se invertiamo
l direzione
la
di i del
d l tempo ...
l’universo
si riduce
d a un punto
Tre “modi” d’espansione
Geometrie dello spazio
iperbolica
Alexandr Friedmann
(1888‐1925)
aperto
diimension
ne dell’un
niverso
piatta
euclideo
sferica
ora
tempo di Hubble
1/H
/ o
George Gamow (1904‐1968)
chiuso
tempo
Conseguenza delle conseguenze
Dim
mensione
e
Il BIG BANG
procedendo a ritroso crescono
temperatura T e densità ρ
A. Carracci
Il fondo cosmico a microonde
Il fondo a microonde fu osservato per la
prima volta per caso da Arno Penzias e
Robert Wilson, nel 1965.
Lunghezza d’onda [mm]
CORPO
NERO
a T ≈ 3°K
Inten
nsità [MJy/srr]
T = 2,736° K
Frequenza ν
q
[[cm]]
Lavorando
d add una antenna
per trasmissioni della Bell
Telephone Company
scoprirono la presenza di un
“rumore di fondo”,,
indipendente dalla direzione
del cielo osservata.
I fisici del gruppo di Princeton capirono che il rumore
di fondo misurato da Penzias e Wilson altro non era che
la radiazione proveniente dall’universo primordiale
N c’èè altro
Non
lt ?
Hubble Deep Field South
Dovrebbe essere così … in equilibrio!
ammasso
contenente n
galassie
n esemplari
Esemplare
pp di
galassia
standard
standard
di galassia
1940
Fritz Zwicky
E invece, il tutto pesa più della somma delle sue parti !
ammasso
contenente n
galassie
n esemplari
Esemplare
E
l di
galassia
standard
standard
di galassia
Forse, oltre l’immagine luminosa
delle galassie, c’è materia che
pesa ma non riluce !!!!
Nell universo esiste una grande quantità di materia
Nell’universo
di natura sconosciuta, che possiede massa (energia)
ma non emette luce.
l
P questo
Per
t la
l chiameremo
hi
Materia Oscura
(D k Matter)
(Dark
M
)
materia oscura
barioni
Per il Big Bang standard, Ω(barioni) < 0.05
V. van Gogh
e allora … ????????
P. Picasso
SN1987A
Supernova
Qualche
anno fa ...
Crab Nebula
Possibili modelli di universo in espansione
Universo accelerato
Pressente
Futuro
Universi decelerati
Aperto
NEWS
Lumin
nosità totale d
dell’oggetto
Passato
P
Chiuso
Spostamento verso il rosso (logz)
Le distanze misurate con
l Supernovae indicano
le
d
che
h
recentemente l’espansione,
da decelerata
decelerata, è diventata
ACCELERATA !
O i sii pensa che
Oggi
h esista
i t anche
h una
Energia
g Oscura
(Dark Energy)
che
h hha la
l stessa origine
i i della
d ll energia
i che
h
35s dopo il Big Bang,
alimentò 10-35
alimentò,
Bang
l inflazione
l’inflazione
La nuova fisica
f
Le quattro forze della natura si unificano
man mano che l’energia cresce
forte
GUT
elettrodebole
TOE
elettromagnetica
debole
gravità
tempo
energia
ieri
terra
acqua
fuoco + quintessenza
aria
Gian Battista Vico
materia oscura
energia oscura
Aristotele
(384-322 a.C.)
aC)
barioni
Empedocle
(495 435 a.C.)
(495-435
C)
oggi
materia barionica
materia oscura
+ energia oscura o quintessenza
energia classica
neutrini
L’universo nasce 13,7 anni fa, con
il “Grande Scoppio”, a partire da
uno stato singolare di densità e
temperatura.
dopo 0,00000000000000000000000000000001 secondi
dal Big Bang la temperatura è già scesa a
Oggi
10 miliardi di miliardi di gradi
Big Ban
ng
Michelangelo Buonarroti: Creazione del Sole (1508-1514), Cappella Sistina
?
Principio Antropico
Quando l’universo ha poco meno
di 400-mila anni (un giorno di
vita se l’universo di oggi fosse un
vecchio di 80 anni) si congelano
le fluttuazione del fondo cosmico
di micro-onde osservato da COBE,
BOOMERANG e WMAP.
Oggi
Big Ban
ng
Gentile da Fabriano: Fuga in Egitto (1423),
(1423) Uffizi
400 il annii dal
400-mila
d l Big
Bi Bang
B
T ∼ 3000°K
Quando l’universo ha circa 200
milioni di anni (13 mesi di vita
se l’universo di oggi fosse un
vecchio di 80 anni) nascono le
prime stelle. La loro rapida
p
p
evoluzione arricchisce il cosmo
delle specie atomiche più
pesanti di H e He.
He
Oggi
Big Ban
ng
Jaques-Louis Davis: Le Sabine (1799), Louvre
200-milioni di
anni dal Big Bang
Siamo figli delle stelle!
E. Munch:
Madonna ((1895),
),
Oslo National Gallery
Dmitri Mendeleev (1835‐1907)
P.P. Rubens: Venus (1615), Liechtenstein
Quando l’universo ha circa un
miliardo di anni (6 anni di vita
se l’universo di oggi fosse un
vecchio di 80 anni) nascono le
galassie – sistemi con masse
g
tipiche di 100 miliardi di
Soli – che si raccolgono in
ammassi e superammassi
Oggi
Big Ban
ng
Diego Velasquez: Las Meninas (1656), Prado
1 miliardo di anni
dal Big Bang
La fformazione delle strutture filamentose
f
del cosmo.
Lì nasceranno le galassie
Redshift: decrescente
dal passato al presente
Quando l’universo ha circa 9
miliardi di anni (53 anni di vita
se l’universo di oggi fosse un
vecchio di 80 anni) nella galassia
che chiamiamo Via Lattea nasce il
Sole con la sua corona di pianeti,
tra cui la Terra. Poco dopo sulla
Terra nasce la vita.
vita
Oggi
Big Ban
ng
F
Franz
Hals:
H l Descartes
D
t (1649),
(1649) L
Louvre
9,2 miliardi di anni dal Big Bang
Il Sistema Solare
si forma dal collasso gravitazionale
di una protonube gassosa in rotazione.
Pierre Simon de Laplace
(1749‐1827)
Nasce la vita
sulla Terra .....
65 milioni di anni fa,
nell Golfo
G lf del
d l Messico
M i …..
Oggi l’universo ha
circa 13
13,7
7 miliardi di
anni (80 anni nella
nostra metafora).
Oggi
Big Ban
ng
Tiziano Vecellio: Cardinal Pietro Bembo (1545-6), Budapest
Sidney Harris
Da dove diavolo è venuto tutto ciò ?
European Southern Observatory, Cerro La Silla, Cordillera andina, Cile
Osservatorio del Roque de los Muchachos
La Palma, Isole Canarie, Spagna
Telescopio Nazionale Galileo
Gemini: cupola e telescopio
Mauna Kea,, Grande Isola di Hawaii,, USA
La Stazione dello European Southern Observatory a Paranal (2600 m),
Cile, con le cupole del VLT e uno dei 4 telescopi con specchio da 8,2 m
Osservatorio dell’ESO
sul Cerro Paranal, Cile
VST
VST
The VLT Survey Telescope
VLA: radiointerferometro
a Socorro, New Mexico
Antenna di Arecibo, Puerto Rico
Riccardo Giacconi
Filmato del disco
di accrescimento
attorno al buco
nero della Crab
Nebula
Chandra X-ray Observatory
Chandra HST
Il futuro di questa caccia è nel
prossimo telescopio spaziale: JWST
HST
OWL: un telescopio con specchio con
un diametro equivalente di 100 metri
Esperimento VIRGO
per la rivelazione di onde gravitazionali
Fatto No. 1
Il mondo ha un’origine
un origine nel tempo,
tempo 13,7
13 7 miliardi di anni fa
Fonte
Ebrei
Eusebius
Kepler
Hevelius
Newton
Ussher
Epoca
p
della Creazione
z
V secolo a.C.
IV secolo dd.C.
C
XVII secolo d.C.
“
XVIII secolo d.C.
“
E àd
Età
dell’Universo
ll’U i
oggii
3760 a.C.
3184 a.C.
aC
3993 a.C.
3963 a.C
3998 a.C.
4004 a.C.
ca. 6000 annii
M. Buonarroti
Nota per Peppe:
le slides che seguono mostrano
come un osservatore
t
percepirebbe un universo le cui
strutture sono nate tutte al
medesimo tempo, qualora la
trasmissione dell’informazione
dell informazione
fosse istantanea.
universo neonato
universo giovanetto
universo vecchio = oggi
Numero di atomi nell’universo
nell universo visibile
N=
81
10 protoni
ossia
N = 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000
ovvero
N = un miliardo di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi
1 miliardo di miliardi di km = 100.000 anni luce
Una galassia è
costituita da
centinaia di miliardi
di stelle
300 miliardi di miliardi di km
= 30 milioni di anni luce
Un ammasso di galassie è costituito
d centinaia
da
i i o migliaia
i li i di galassie
l i
L’universo visibile contiene circa
100 miliardi di galassie
g
M31 in Andromeda
Nana irregolare
g
nel Sagittario
g
M87 in Virgo
