Le galassie e le leggi di
gravitazione
Le leggi del moto dei pianeti
Keplero
•
La più importante innovazione di Keplero fu quella di
riuscire a liberarsi dal pregiudizio che le orbite dei pianeti
dovessero essere necessariamente circolari
• Egli infatti, oltre a riaffermare l'ipotesi eliocentrica, fu il
primo a proporre un modello di orbite ellittiche per
descrivere il movimento dei pianeti intorno al Sole.
PRIMA LEGGE - Ciascun pianeta ruota attorno al Sole
percorrendo un'orbita piana che ha la forma di
un'ellisse; il Sole occupa uno dei due fuochi dell'ellisse.
Il punto in cui il pianeta raggiunge la massima distanza
dal sole si chiama afelio, mentre il punto di minima
distanza viene detto perielio.
L'ellisse è il luogo geometrico dei punti del piano per
i quali è costante (=2a ) la somma delle distanze da
due punti fissi detti fuochi.
• SECONDA LEGGE - La velocità di
ciascun pianeta lungo la sua orbita non è
uniforme, ma cambia a seconda della sua
posizione: il pianeta sarà più veloce nei
pressi del perielio e più lento nei pressi
dell'afelio. Precisamente, il raggio vettore
che unisce il pianeta al sole, percorrerà
aree uguali in tempi uguali.
Nella figura, le aree azzurre
rappresentano tratti di orbita percorsi
nello stesso intervallo di tempo e
quindi sono uguali.
• TERZA LEGGE - E' la relazione tra le
dimensioni delle orbite e i periodi di
rivoluzione dei pianeti: i quadrati dei
periodi di rivoluzione sono
proporzionali ai cubi delle distanze
cioè: (P1/P2)2 = (a1/a2)3
Dove P1 e P2 sono periodi di rivoluzione di
due pianeti e a1 e a2 sono i semiassi
maggiori delle loro orbite.
Quindi la velocità media di un pianeta è
tanto minore quanto più esso è lontano dal
Sole
Newton
• Le leggi di Keplero descrivono
compiutamente i moti dei pianeti, ma non
ne risalgono alle cause. Perché i pianeti
ruotano intorno al Sole, anziché
allontanarsene in linea retta? Perché un
corpo qualsiasi, lasciato cadere, precipita
al suolo, ma questo non accade ai pianeti,
Terra compresa, che non precipitano sul
Sole?
Legge di gravitazione universale
•
Due punti materiali qualsiasi si attraggono lungo la
loro congiungente con una forza direttamente
proporzionale al prodotto delle loro masse e
inversamente proporzionale al quadrato della
distanza.
In formula, dette m1 ed m2 le masse dei due corpi, d la
distanza tra i loro centri ed F la forza agente, si ha:
• F = G(m1m2)/d2
• dove G è la costante di gravitazione G = 6.67×10-11
Nm2/ kg2
• Un pianeta subirà perciò una forte
attrazione da parte del Sole, relativamente
vicino e dotato di grande massa, ma sarà
debolmente attratto dagli altri pianeti e
dalle stelle (molto lontane)
• La somma di queste azioni impedisce al
pianeta di muoversi in linea retta e con
velocità costante: i pianeti sono in
continua “caduta” verso il Sole e il risultato
di questo equilibrio è l’orbita ellittica che
percorrono
Le galassie
Le galassie attive
• Sono galassie che ospitano al loro centro un
Nucleo Galattico Attivo, ovvero un buco nero
particolarmente efficace nel convertire la materia
che attrae in radiazione luminosa
• Hanno nomi diversi a seconda del tipo di
emissione che si osserva
• Il buco nero sta al centro di un disco di
accrescimento che per fenomeni
elettromagnetici produce due getti di plasma
caldissimo che si propagano nello spazio (quasi)
alla velocità della luce
• Una galassia attiva è una galassia dove
una frazione significativa dell'energia viene
emessa da oggetti diversi dai normali
componenti di una galassia (stelle, polveri
e gas interstellare)
. Questa energia, a seconda del tipo di
galassia attiva, può essere emessa lungo
quasi tutto lo spettro elettromagnetico
(come infrarossi, onde radio, UV, raggi X o
raggi gamma).
• Tutte le galassie attive sembrano essere
alimentate da una regione compatta posta
al loro centro. Alcune di queste regioni
emettono getti di materia che possono
essere molto lunghi, trasportando energia
verso strutture estese (come nelle
radiogalassie). Ma in tutti i casi è il nucleo,
il cosiddetto motore centrale, ad essere la
fonte di energia.
I Nuclei Galattici
• Oggi sappiamo che al centro di ogni
galassia c’è un buco nero molto massivo
(105-109 masse solari)
• Anche al centro della Via Lattea tutto
lascia pensare che ci sia un buco nero
simile
• I nuclei galattici attivi, sono facilmente
distinguibili dal resto della galassia; sono
sorgenti intense di luce a tutte le lunghezze
d'onda (dalle radio ai raggi X). A volte, lo spettro
di questi nuclei rivela la presenza di enormi
masse di gas in rapido movimento; galassie di
questo tipo vengono dette di Seyfert.
• Alcune galassie hanno nuclei estremamente
compatti e brillanti tali da superare le galassie
per luminosità; vengono chiamati quasar
(acronimo di oggetto QUAsi-StellARi). Per le
proprietà che presentano, i quasar assomigliano
molto ai nuclei attivi delle galassie di Seyfert.
Peraltro i quasar sono molto rari e lontani
• Modello standard: energia è generata da
materia che cade in un buco nero
supermassiccio di massa compresa tra 1 milione
e 1 miliardo di volte quella del Sole.
• Quando la materia cade verso il buco nero, il
suo momento angolare la costringe a formare un
disco di accrescimento attorno al buco nero.
• L'attrito riscalda la materia e ne cambia lo stato
in plasma (gas ionizzato ma nel complesso
neutro), e questo materiale carico in movimento
produce un forte campo magnetico. Il materiale
che si muove dentro questo campo magnetico
produce grandi quantità sia di radiazione che di
radiazione termica sotto forma di raggi X
• La temperatura vicino al buco nero è di milioni e
forse di miliardi di gradi (migliaia di volte più
caldo del centro del Sole).
• Spesso vengono osservati getti che si originano
dal disco di accrescimento, anche se il
meccanismo che porta alla formazione di questi
getti è poco compreso.
• Il processo, alimentato dalla gravità del buco
nero, è molto efficiente nel trasformare la
materia in energia: quasi il 50% della materia in
caduta può essere convertito in energia (molto
più della fusione nucleare che alimenta le stelle)
Le radio galassie
• Sono galassie che hanno un’intensissima
emissione nel radio (in genere molte
galassie emettono onde radio), localizzata
in getti di plasma (particelle nucleari ad
altissima velocità e materia gassosa,
lanciati a grande distanza da esplosioni)
caldissimo
• Sono anche dette galassie di Seyfert
• Le onde radio sono radiazioni
elettromagnetiche, proprio come la luce visibile,
ma con frequenze milioni di volte più basse e
con lunghezze d'onda che vanno da qualche
millimetro fino a centinaia di chilometri.
• Fino al 1933 non si sapeva ancora che i corpi
celesti emettessero onde radio. In quell'anno
Karl Jansky, un ingegnere americano della Bell
Telephone, rilevò dei segnali radio di indubbia
origine cosmica, provenienti dal centro della
nostra Galassia.
Questa scoperta diede l'avvio allo sviluppo della
radioastronomia, con la costruzione dei primi
radiotelescopi.
I Quasar
• QUASAR (QUASi stellAR radio source)
• Sono radio galassie talmente lontane e vecchie
da sembrare puntiformi, come le stelle
• Furono scoperte già negli anni ’50, ma rimasero
a lungo un mistero a causa dei loro enormi redshift
• Se ne conoscono circa 100.000
• Hanno luminosità 100 volte quella della Via
Lattea
• Il più lontano che si conosce dista ben 13
miliardi di anni luce da noi
Le galassie radio-quiete
• Possono presentare forti emissioni nell’X,
o particolari linee di assorbimento
• Si possono ricordare:
• Galassie di Seyfert (tipo I e II), nell’X
• LINERS, con particolari linee
• QSO (Quasi-Stellar-Object) radio-quieti
Il Gruppo Locale
• è il gruppo di galassie di cui fa parte la nostra galassia,
la Via Lattea.
• comprende più di 50 galassie e il centro gravitazionale
del gruppo si trova in un punto compreso fra la Via
Lattea e la Galassia di Andromeda.
• Le galassie del Gruppo Locale si estendono su uno
spazio di 10 milioni di anni luce di diametro con una
forma assimilabile a un manubrio.
• I gruppi e ammassi di galassie Sono agglomerati di
galassie, di numero e dimensione variabile, tenuti
insieme dall'attrazione di gravità.
• Sono superati solo (come dimensioni) dai
superammassi
• Il Gruppo Locale fa parte del Superammasso
della Vergine, che è dominato dall'Ammasso
della Vergine, il più vicino (60 milioni di anni
luce) e ricco gruppo di galassie.
• I due membri più massicci del Gruppo sono la
Via Lattea e la Galassia di Andromeda. Sono
entrambe galassie a spirale, e ognuna di esse
ha un sistema di galassie "satelliti".
Il gruppo locale è formato da 18
galassie, compresa la Via Lattea.
La Via Lattea
• Ha una forma a spirale in cui un nucleo
centrale (nucleo galattico) è circondato da
bracci che si dipartono da esso
• Comprende oltre 100 miliardi di stelle
• Ha diametro di circa 100.000 anni luce
• Il centro è in direzione della costellazione
del Sagittario, a 30.000 a. l. da noi
• Il Sole occupa una posizione periferica, a
circa 3/5 del raggio galattico, e si trova sul
bordo esterno del braccio di Orione (a
questa spirale appartiene l’omonima
costellazione)
• Più all’esterno rispetto al Sole vi è un altro
braccio spiralato, il braccio di Perseo.
Il Sole si trova in posizione periferica,
in uno dei bracci della spirale,
precisamente sul bordo esterno del
braccio di Orione. Il centro della
galassia (nucleo galattico) è in
direzione della costellazione del
Sagittario, a 30.000 a.l. da noi
• Dalla nostra posizione (siamo “immersi”
nella Via Lattea) vediamo le altre stelle
addensate in ogni direzione sul piano del
disco; le stelle che appaiono al di fuori
della Via Lattea sono quelle più vicine a
noi, comprese nello spessore del disco.
• Tutte le stelle dei bracci ruotano intorno al
centro della Galassia, con velocità
decrescenti dal centro alla periferia
Gli ammassi stellari
• Nella nostra Galassia esistono anche ammassi
stellari, cioè gruppi di stelle che si muovono tutte
insieme, relativamente vicine tra loro,
• Alcuni ammassi sono aperti, con le stelle
(qualche centinaio) distribuite in modo
irregolare.
• Altri sono globulari (fino a 100.000 stelle, molto
vicine tra loro)
• Gran parte degli ammassi si trova al di fuori del
disco della galassia e forma una nuvola rarefatta
chiamata alone galattico
