Strumenti di analisi

Corso facoltativo
Astronomia
Strumenti di analisi
Christian Ferrari & Gianni Boffa
Liceo di Locarno
Parte E: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
Interazione radiazione - materia
Redshift
Misura delle distanze
Parallasse trigonometrica
Scale di magnitudine
Parallasse spettroscopica
Candele standard
Indici di colore
Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
• Per studiare l’Universo e le sue componenti gli
astronomi osservano la radiazione
elettromagnetica emessa da questi ultimi
• La radiazione è caratterizzata da una
lunghezza d’onda λ o da una frequenza ν,
legate da
(c è la velocità della luce)
• L’insieme delle lunghezze d’onda si chiama
spettro elettromagnetico
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Radiazione elettromagnetica
Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
• Spettro continuo (emissione):
– Tutti i corpi non gassosi emettono radiazione
elettromagnetica: radiazione termica
– Legge di Stefan-Boltzmann: emissione ∼ T4
– Legge di Wien: picco inversamente proporzionale
alla temperatura → informazione sul colore
• Spettri discreti (emissione o assorbimento)
– Nell’interazione radiazione – materia
– Originati dalla quantificazione dei livelli di energia
della materia Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
http://astro.unl.edu/naap/blackbody/animations/blackbody.html
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Radiazione elettromagnetica
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Radiazione elettromagnetica
http://www.eso.org/public/videos/esocast44a/
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Interazione radiazione - materia
• Quantisticamente:
– La radiazione è formata da fotoni con energia
h = costante di Planck
– La materia è formata da atomi e molecole con
«livelli di energia» quantificati
– Solo alcune transizioni tra livelli di energia sono
possibili
– Emissione: fotone liberato con diseccitazione
– Assorbimento: fotone assorbito con eccitazione
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
Astronomia: Strumenti di analisi
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
Astronomia: Strumenti di analisi
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Interazione radiazione - materia
Spettro di assorbimento del Sole
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Interazione radiazione - materia
• Come ricaviamo le informazioni sugli astri?
• Tutta l'informazione è portata dalla radiazione
elettromagnetica
– Nello spettro
compaiono delle
righe scure…
– …dalle quali si ricava
l'analisi chimica
di ogni altro astro!
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Redshift
• Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta
degli spettri caratterizzati dallo spostamento
di lunghezza d’onda
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Redshift
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Redshift
• Tre cause:
– Moto della sorgente (effetto Doppler relativistico)
– Forte gravità
– Espansione dell’Universo
• Effetto Doppler
v = velocità relativa
λ = lunghezza d’onda osservata
λ0 = lunghezza d’onda emessa
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Redshift
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Redshift
• Effetto gravitazionale
– un fotone che «rimonta» un campo gravitazionale
subisce un gravitational redshift, la sua lunghezza
d’onda aumenta e l’energia diminuisce
– un fotone che «cade» in un campo gravitazionale
subisce un gravitational blueshift, la sua lunghezza
d’onda diminuisce e l’energia aumenta
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Redshift
REDSHIFT
γ
BLUESHIFT
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Redshift
• Parametro di redshift
• Per piccole velocità
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Misura delle distanze
• Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi
per diverse scale di distanza
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Parallasse trigonometrica
• Metodo geometrico
Rad > °
– Def: parsec (pc):
distanza con angolo di parallasse 1’’
p
d
B
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Scale di magnitudine
• Hipparchus (astronomo greco):
– Classificazione delle stelle in base alla loro
«brillantezza» (luminosità apparente)
– Scala di magnitudine apparente
(1: più brillanti, 6: le meno brillanti)
• Risposta logaritmica dell’occhio umano
– Differenza di 5 magnitudini fattore di
«brillantezza» 100
– 1 magnitudine fattore
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Scale di magnitudine
• Misura della «brillantezza»: intensità luminosa
(flusso di radiazione ricevuta F)
• Definizione di magnitudine apparente m
• Relazione «brillantezza» F e luminosità L
Legge dell’inverso quadrato
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Scale di magnitudine
• Definizione di magnitudine assoluta M
– M coincide con la magnitudine apparente che
avrebbe un oggetto celeste se fosse posto ad una
distanza di 10 pc
(
flusso se la stella fosse a 10 pc e d in pc)
• Possibilità di comparare stelle diverse
indipendentemente dalla distanza
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Scale di magnitudine
• Modulo di distanza
• Calibrazione
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Parallasse spettroscopica
• La formazione stellare avviene in ammassi
(cluster): stelle differiscono solo per la massa
• Il modulo di distanza è uguale
M
• Confrontando la SP del
m
cluster con uno calibrato
si ottiene il modulo di distanza
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m-M
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Candele standard
• Conoscendo la magnitudine assoluta o la
luminosità è possibile dedurre la distanza con
• Candele standard: oggetti celesti con
luminosità conosciuta (con vari metodi)
– Cluster di stelle (con la parallasse spettroscopica)
– Stelle variabili (con il periodo di oscillazione)
– Supernove di tipo Ia (decrescita curva di luce)
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Candele standard
• Cefeidi (stelle variabili): tra le più precise
candele standard
– Relazione magnitudine assoluta periodo
– Relazione luminosità periodo
• Calibrazione: grazie a metodi per scale «più
vicine»
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Candele standard
Astronomia: Strumenti di analisi
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Indici di colore
• Indici di colore: misura della differenza di
magnitudine apparenti con filtri calibrati su
colori diversi
– Blu (centrato a 440 nm):
– Visibile (centrato a 550 nm):
• Indice
la temperatura
permette di ricavare
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Indici di colore
– Stelle più
calde
«brillano» di
più in B,
quindi B < V
– Stelle più
fredde
«brillano» di
più in V,
quindi V < B
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Indici di colore
• Diagramma HR con MV in funzione di B - V
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