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