Diapositiva 1 - Istituto Ven. A. Luzzago

universo, galassie, cosmologia
We shall not cease from exploration
And the end of all our exploring
Will be to arrive where we started
And know the place for the first time.
T.S. Eliot 1942
pianeta Terra
hubble ultra deep field
Lucretius (ca. 99 BC – ca. 55 BC)
“De Rerum Natura”
via lattea
via lattea
• L‟universo osservabile è quella parte dell‟
“universo globale” di cui sarebbe
possibile, in questo momento, ottenere
informazioni (le informazioni non possono
viaggiare a velocità superiore a quella
della luce).
• Per un osservatore sulla Terra, l‟universo
osservabile è una sfera, con al centro
l‟osservatore, che presenta un raggio di
circa 46 miliardi di anni luce, ed un volume
di 3,4 x 1071 km3
universo osservabile
3,4x1071 km3
• L‟universo osservabile contiene 1011
galassie, e dato che ogni galassia
contiene in media 1011 stelle, si possono
osservare circa
10.000.000.000.000.000.000.000 stelle.
• Si stima che l'universo osservabile
contenga circa 1080 atomi, il 75% sono
atomi di H, il 25% atomi di He.
La rivoluzione scientifica e l’esplorazione
del cosmo.
Roger Bacon 1214-1294
• Se le lettere di un libro o qualche oggetto
minuto sono visti attraverso un segmento di
una sfera di vetro o cristallo che su di essi sia
appoggiato, essi saranno visti meglio e
ingranditi […], il Sole e la Luna e le stelle
possono essere fatti apparire discendere
verso di noi […]
De revolutionibus orbium coelestium,
Copernico (1473-1543)
Primi telescopi.
• Non si conosce con certezza a chi accreditare
storicamente la costruzione dei primi telescopi.
• In Olanda nel 1608 sia Hans Lippershey, sia
Sacharias Jansen, sia Jacob Metius of Alkmaar
si accreditarono come gli inventori.
Galileo Galilei 1564-1642
“Così infinitamente rendo grazie a Dio che si
sia compiaciuto di far me solo primo
osservatore di cosa ammiranda e tenuta a
tutti i secoli occulta”
Galileo, lettera a Belisario Vinta 1610
De Stella nova in pede Serpentarii,
9 ottobre 1604
La Supernova 1604, è al momento l'ultima
supernova ad essere stata osservata a occhio
nudo nella nostra galassia, e si trovava ad una
distanza di non più di 20.000 anni luce dalla
Terra.
Nell‟arco di 18 mesi fu brillante di ogni altra stella del
cielo, tanto che risultò visibile per tre settimane anche
nel cielo diurno.
http://www.repubblica.it/flash_auto/
galassia.html
“Circa dieci mesi fa ci giunse notizia che era
stato costruito da un certo Fiammingo un
occhiale, per mezzo del quale gli oggetti
visibili, pur distanti assai dall'occhio di chi
guarda, si vedevan distintamente come
fossero vicini; e correvan voci su alcune
esperienze di questo mirabile effetto, alle
quali chi prestava fede, chi no.”
Galileo, Sidereus Nuncius, marzo 1610
1609: Telescopio rifrattore di Galileo, lente di circa 4 cm, 8 ingrandimenti.
Galileo Galilei mostra il “perspicillum” al doge di
venezia Leonardo Donato nell‟agosto del 1609.
La sera del 30 novembre 1609, Galileo Galilei, che si trovava a Padova, puntò
il suo cannocchiale verso la Luna.
”Ma lasciate le terrestri, mi volsi alle speculazioni del cielo; e primamente vidi la
Luna così vicina…” Galileo, Sidereus Nuncius, marzo 1610
"Il giorno sette gennaio, dunque, dell'anno milleseicentodieci, a un'ora di notte,
mentre col cannocchiale osservavo gli astri mi si presentò Giove …”
Galileo, Sidereus Nuncius, marzo 1610
“quel che fu da noi in terzo
luogo osservato, è
l’essenza, ossia la
Materia, della stessa via
Lattea […]. E’ infatti la
Galassia nient’altro che
una congerie di
innumerevoli stelle,
disseminate a mucchi”
Galileo, Sidereus Nuncius,
marzo 1610
Nei mesi successivi Galileo compie
importanti osservazioni sulle
macchie solari e le fasi di Venere.
Ottica Kepleriana
Con l‟approfondirsi delle conoscenze dell‟ottica la qualità
dei telescopi migliora. Per telescopi rifrattori più potenti
con minore aberrazione bisognava costruire lenti di
piccola curvatura e di grande distanza focale.
Hevelius nella seconda metà del „600 costruì alcuni
strumenti con focale fino a 50 metri. Ed è utilizzando
questi strumenti a lungo focale che nel 1659 Christian
Huygens scopre gli anelli di Saturno e la sua luna
Titano, mentre Gian Domenico Cassini, a Bologna nel
1666, osserva le rotazioni di Marte, Venere e Giove.
Isaac Newton (1643-1727)
“Vedendo che il miglioramento dei
Telescopi di grandi dimensioni per mezzo
di Rifrazioni appariva impresa disperata,
mi rivolsi dunque alla prospettiva delle
Riflessioni usando invece di un obiettivo di
vetro uno specchio concavo.”
Isaac Newton, Opticks, 1718
1668: Telescopio riflettore di Newton, diametro specchio
primario 5 cm. Problemi costruttivi ne impedirono l‟uso
per l‟osservazione.
nebulosa
Nebuloso (aggettivo):
1) pieno di nubi o di nebbia
2) poco chiaro, vago e incomprensibile:
Esempio: ha dato una giustificazione
piuttosto nebulosa. Sinonimi: fumoso,
oscuro.
“Of nebulae and clusters” 1774.
• Il Catalogo di Messier fu il primo catalogo
astronomico di oggetti celesti diversi dalle
stelle. Fu compilato da Charles Messier,
con il nome originale di “Catalogo di
Nebulose e Ammassi stellari”.
• Messier era un cacciatore di comete, come molti degli astronomi dei
suoi tempi. La lista finale è di 110 oggetti, numerati da M1 a M110.
Immanuel Kant (1724-1804)
• “Si può inoltre ipotizzare che questi
universi superiori non siano senza
relazione l'un l'altro, e che, attraverso
questa loro mutua relazione, costituiscano
di nuovo un sistema ancora più immenso.”
Kant, Storia naturale universale e teoria
dei cieli,1755
• Kant (riprendendo le ipotesi di Wright) ipotizza che
le “nebulose” siano molteplici “vie lattee”, e che
abbiano una forma discoidale.
William Herschel (1738-1822)
• “Possiamo sperare che questi
oggetti curiosi, non solo per il loro
numero elevato, ma anche per i
loro grandi effetti, essendo non
meno che interi agglomerati di
stelle, attireranno nel futuro
l'attenzione degli astronomi.”
Herschel, “Catalogo di altre mille
nuove nebulose e ammassi
stellari”, 1789
• Friedrich Wilhelm Herschel intraprese la
costruzione di grandi riflettori grazie alle
migliorate tecniche di costruzione degli
specchi.
• Herschel è lo scopritore di Urano (nel
1781) e ha compilato un catalogo di circa
2.500 nebulose. Ipotizzò che la Via Lattea
sia un disco ovale.
• 1787: Telescopio riflettore di Herschel, diametro specchio primario
1,2 m.
Lord Rosse 1800-1867
• “Usiamo chiamare questi oggetti spirali in
quanto presentano una struttura curvilinea
che non consiste di curve che rientrano
con regolarità verso il centro.”
Lord Rosse, Osservazioni di nebulose,
1850
Il riflettore del telescopio di Rosse a Birr Castle in Irlanda era lungo 16,76
m, e lo specchio aveva un diametro di m 1,83 e pesava 3.808 kg. Venne
soprannominato il Leviatano ed era il più grande telescopio al mondo
dell'epoca (1845) .
Owl nebula
M97 Owl nebula sketch
2.600 ly
Crab nebula
M1 Crab nebula sketch
6.500 ly
Galassia Whirpool, sketch.
Galassia Whirpool, foto (Hubble).
25 mly
• Durante l‟intero secolo XIX le osservazioni
sulle nebulose continuano ma entra in crisi
il modello di “universi isole” e vige
confusione sulla loro reale natura, come
incerta appare la posizione del Sole,
considerato da alcuni naturalisti al centro
dell‟universo.
• Nel XX secolo si comprenderà la reale
natura delle nebulose, e che non tutte
sono galassie.
Andromeda (foto 1888)
• La grande galassia a spirale più vicina alla
nostra, alla Via Lattea, è Andromeda
(distante 2,4 milioni a.l.).
• Fu Edwyn Hubble negli anni „20 del
ventesimo secolo a determinarne distanza
e natura.
Edwyn Hubble (1889-1953)
Ma ora, grazie ai grandi telescopi, sappiamo
qualcosa della natura delle nebulose,
qualcosa della loro reale dimensione e
luminosità.
Hubble, Il regno delle nebulose, 1936.
• Il riflettore Hooker di
Monte Wilson con
specchio da 2,5 metri di
diametro fu il maggior
telescopio del mondo
fino al 1948
redshift
Universo in espansione
• Valore della costante di Hubble: 70 km al
secondo per megaparsec.
• Significa che data una distanza di 3,26 milioni di
anni luce lo spazio incrementa di 70 km ogni
secondo.
teoria del “big bang”
• L‟universo è in espansione. Questa
espansione ha avuto origine circa 13,8
miliardi di anni fa.
• Percorrendo il tempo “a ritroso”, nel
passato, l‟universo appare sempre più
piccolo e sempre più caldo.
George Ellery Hale (1868-1938)
• Nel 1948 fu inaugurato il gigantesco
telescopio di Monte Palomar (5 m di
diametro), che Hale aveva progettato
e che a lui e' intitolato. Occorsero 20
anni per realizzarlo, ma quando entrò
in funzione, Hale era scomparso già
da un decennio.
• Il telescopio di Monte Palomar ha
dilatato enormemente i confini
dell'universo visibile e ha contribuito
molto allo sviluppo della cosmologia.
telescopio spaziale Hubble
• Il telescopio spaziale Hubble è un telescopio
posto negli strati esterni dell'atmosfera terrestre,
a circa 600 chilometri di altezza, in orbita attorno
alla Terra. È stato lanciato il 24 aprile1990 con
lo Space Shuttle Discovery come progetto
comune della NASA e dell'Agenzia Spaziale
Europea.
Le galassie nell’Universo fotografate dal
telescopio spaziale Hubble.
Galassia Andromeda
Una gigantesca galassia a
spirale a 100 milioni di
anni luce di distanza dalla
terra, catalogata come
ngc4414.
Ngc 1300, 69 mly di distanza, 150.000 ly diametro.
Zwicky 18, 59 milioni ly
M104 sombrero galaxy (30 Mly)
Warped galaxy, 150 mly
L'Oggetto di Hoag (600 mly), un esempio di galassia ad anello.
Collisione galassie Antennae, (42 mly)
•
M32, galassia ellittica, 2150 ly
Circinus Galaxy, 13 mly, una galassia con Nucleo Galattico Attivo (dovuto
probabilmente ad un Buco Nero SuperMassivo), del tipo Seyfert.
• Nel marzo del 1994 il telescopio Hubble
fotografa, nei pressi della galassia NGC
4526, 60 milioni di anni luce (Mly) di
distanza, l‟esplosione di una supernova.
NGC 1569, 9 mly, attività “starbust”
star cluster NGC 6791 13,300 ly (white dwarfs)
Arp 295, due galassie interagenti, distanti 270 milioni di anni luce dalla terra. La distanza
tra le due galassie è di 250 mila anni luce.
Hickson Compact Group 92, 280 mly
galassie di HCG 87 (Hickson Compact Group 87), distanti circa 400 milioni di anni luce
NGC 4921,320 Mly
A1689, ammasso di galassie lontane più di 2 miliardi di
anni luce dalla Terra.
Abell 2218, ammasso di galassie lontane più di 2 miliardi di anni luce dalla Terra.
Abell 2218, Gravitational Lensing,
la luce delle galassie appare distorta dalla materia oscura.
L‟ Hubble Ultra Deep Field
è l'immagine di una piccola regione dello
spazio nella costellazione della Fornace,
composta grazie ai dati raccolti dal
telescopio spaziale Hubble nel periodo dal
3 settembre 2003 al 16 gennaio 2004 (il
totale dei tempi delle singole esposizioni
ammonta a 11,3 giorni) . Essa è
l'immagine più profonda dell'universo mai
raccolta e ci permette di guardare indietro
nel tempo di 13 miliardi di anni. Si stima
che la HUDF contenga 10.000 galassie.
• L'immagine HUDF copre
11,5 arcominuti quadrati,
una parte su tredici
milioni dell'intera
superficie della sfera
celeste con ascensione
retta 3h 32m 40,0s e
declinazione -27° 47' 29“.
z8_GND_5296
galassia z8_GND_ 5296
~ 13 billion light-years old. ~30 billion light-years of present distance.
Nebulose ed altri oggetti presenti
nell’Universo.
Carina Nebula, located 7,500 ly
nebula IRAS 05437 + 2502
• In astronomia si intende come nebulosa una
nube interstellare di gas e polveri.
• Spesso contengono anche detriti rimasti dalla
formazione o dall'esplosione di corpi vicini ad
essa.
• Sono ammassi freddi e giganteschi, grandi
migliaia di volte il sistema solare, suddivisi a
seconda della composizione e di come vengono
illuminati.
• Le nebulose sono le fabbriche delle stelle: è da
lì, infatti, che le stelle (e i pianeti) nascono, per
collasso gravitazionale spontaneo dei gas della
nube.
• La Nebulosa Testa di Cavallo è una nebulosa
oscura nella costellazione di Orione.
• È parte di un turbine di gas e polveri residui di
stelle, sagomato come la testa di un cavallo, da
qui il nome.
• L'oscurità della nebulosa è principalmente
causata da polvere densa, La luce della
nebulosa Testa di Cavallo impiega circa 1500
anni per raggiungere la Terra.
Ic443 new gendler, 5.000 a.l., è il resto di una stella esplosa 30.000 anni fa
.
Nebula Crab Granchio SN 1054, resti di una supernova, 6.500 anni luce di distanza.
Orange: hydrogen gas, Blue: neutral oxygen, Green: sulfur, Red: doubly-ionized oxygen.
• La Nebulosa di Orione (M42) è
una delle nebulose diffuse più
brillanti del cielo notturno.
Posta ad una distanza di circa
1.270 anni luce dalla Terra, si
estende per circa 24 anni luce
ed è la regione di formazione
stellare più vicina al Sistema
solare.
• Si tratta di uno degli oggetti più fotografati e studiati della
volta celeste,ed è sotto costante controllo a causa dei
fenomeni celesti che hanno luogo al suo interno; gli
astronomi hanno scoperto nelle sue regioni più interne
dischi protoplanetari, nane brune e intensi movimenti di
gas e polveri.
• Disco protoplanetario in formazione nella
nebulosa di Orione.
• Una nebulosa a emissione è una nube di
gas ionizzato che emette luce di vari
colori. L'origine più comune della
ionizzazione sono fotoni ad alta energia
emessi da una vicina stella calda.
Nebula cone
Nebulosa Cono, nebulosa ad emissione, 2450 a.l..
• La nebulosa planetaria è il prodotto delle ultime
fasi della vita di una stella di dimensioni di poco
maggiori del Sole.
• Quando raggiunge la fine della propria vita, questa stella espelle i
propri strati esterni in vari episodi di reazioni di fusione nucleare.
Mentre la stella si contrae in una nana bianca, il gas espulso forma
una nube di materiale attorno ad essa. È questa nube ad essere
chiamata “nebulosa
planetaria”.
NGC 6543, la Nebulosa planetaria Occhio di Gatto, 3.300 a.l.
Supermassive black holes, quasar,
gamma ray bursts, extra-solar planets,
pulsar ed altro…..
Prove del fatto che dei pianeti siano presenti anche attorno a stelle diverse dal
Sole sono state raccolte per la prima volta con Hubble. Ad Hubble il primato
della prima immagine di un pianeta extra-solare raccolta da un telescopio.
L'immagine, rilasciata nel novembre del 2008, mostra il pianeta Fomalhaut b
immerso nel disco protoplanetario di polveri e gas che circonda la sua stella.
Fomalhaut α è la stella più luminosa della costellazione del Pesce Australe
posta a circa 25 anni luce di distanza dal sistema solare.
Numero di scoperte di pianeti extrasolari
per anno (al 7 luglio 2011).
gamma ray burst 990123
A typical burst releases as much energy in a few seconds as the Sun will
in its entire 10-billion-year lifetime. Bursts can last from milliseconds to several minutes.
plasma jet streams
supermassive black hole M84
buchi neri
HDE 226868
Cygnus X-1 (8.100 al) è una sorgente di raggi X posta nella costellazione del
Cigno, ed è considerata come una delle più probabili candidate ad ospitare un
buco nero stellare.
quasar
3C 273
• 3C 273 è uno dei quasar più
vicini a noi e il più luminoso
conosciuto; è anche uno dei
più studiati. Situato a 3
miliardi di anni luce, risulta più
luminoso di 1.000 galassie; se
si trovasse alla distanza di 32
anni luce dalla Terra,
illuminerebbe il cielo quanto il
Sole.
centro via lattea (hubble)
Telescopio spaziale Chandra
• Chandra X-ray Observatory è
stato messo in orbita dalla
NASA nel luglio del 1999.
Pulsar del Granchio, stella a neutroni (10 km diametro, 33 millesimi di
secondo di periodicità)
centro via lattea (chandra)
Telescopio Spaziale Spitzer
Il Telescopio
Spaziale Spitzer è un
osservatorio spaziale
che osserva
nell'infrarosso.
Costruito dalla NASA
e lanciato il 25 agosto
2003, questo
telescopio spaziale è
costato 670 milioni di
dollari.
supermassive black hole
NGC 1097 galaxy
• 24th of July 2009
• A new, supermassive black hole, estimated to have 100 million
times the mass of the Sun, has been discovered at the center of the
NGC 1097 galaxy, located some 50 million light-years away from
our planet. The formation became visible in a new Spitzer Space
Telescope image, taken in the far- and near-infrared wavelengths,
which shows an immense black hole surrounded by stellar
nurseries, areas of active and explosive stellar formations. The hole
in itself is naturally not visible, as matter and even light are attracted
to it.
centro via lattea (spitzer)
satellite Planck Agenzia
Spaziale Europea
• È progettato per acquisire un'immagine
dell'anisotropie della radiazione cosmica di
fondo (CMBR), Planck diventerà la fonte
primaria di informazioni astronomiche per
testare le teorie sulla formazione
dell'Universo e sulla formazione della sua
attuale struttura.
• Il lancio è avvenuto il 14 maggio 2009
• Planck è una missione spaziale di terza
generazione che segue COBE e WMAP.
James Webb telescope
E quando miro in cielo arder le stelle
Dico fra me pensando
A che tante facelle?
Che fa l’aria infinita, e quel profondo
Infinito seren? Che vuol dire questa
Solitudine immensa? Ed io che sono?
Giacomo Leopardi (“Canto notturno di
un pastore errante dell’Asia”, 1835)
Due cose sono infinite: l‟universo e la
stupidità umana, ma riguardo l‟universo ho
ancora dei dubbi. Albert Einstein