Nuove strade
e scopi
della moderna
astronomia
Piero Rafanelli
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Perché lo studio
dell’astronomia?
Il bello
Il mistero
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
I movimenti
Il sorgere e il tramontare
quotidiano dei corpi celesti
I movimenti rispetto alle
stelle di sfondo del Sole,
della Luna e dei pianeti
L’invariabilità di alcune
direzioni rispetto a
riferimenti terrestri
Le periodicità
La misura del tempo
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il primo rivelatore:
l’occhio
Osservazioni ad occhio
nudo dagli albori della civiltà
umana
e con i primi telescopi
dall’epoca di Galileo Galilei
(1610)
In entrambi i casi l’occhio resta lo
strumento usato per vedere le
immagini e il disegno a mano il modo
per registrarle
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Curva di risposta
dell’occhio umano
Diametro
massimo della
pupilla al buio
circa 7 mm
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
I vantaggi della lastra
fotografica
Possibilità di lunghe esposizioni
Sensibilità a intervalli spettrali non accessibili
all’occhio umano (U,B,V,R,I)
Possibilità di osservare un grande campo su un
unico supporto
Facile conservabilità nel tempo
Alta risoluzione spaziale
Un grosso svantaggio: la saturazione
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
La fotometria
La galassia M33 fotografata al telescopio da 182 cm di Asiago
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
La spettroscopia
Introdotta in astronomia nella
seconda metà del 1800,
segna l’inizio degli studi di
fisica applicati ai corpi
celesti.
E’ un grande
progresso:
dall’Astronomia
Sferica, di posizione,
si passa alla
moderna Astrofisica
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Nasce l’Astrofisica
Le conquiste del connubio fra Fisica e Astronomia
Classificazione spettrale
Interpretazione del diagramma H-R
Sorgenti di energia nelle stelle
Basi dell’evoluzione stellare
Scoperta dell’espansione dell’Universo e sua
prima datazione
Nascita della Cosmologia
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Classificazione spettrale
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il diagramma H-R
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Sorgenti di energia nelle
stelle (1)
Ciclo PP
Questo processo
avviene nel nucleo
delle stelle e l’energia
liberata ad ogni ciclo è
di 26,7 MeV =
4,27x10-5 erg
2D
3He
4He
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Sorgenti di
energia nelle
stelle (2)
Ciclo CNO
Ricordiamo che l’energia per
fondere 1g di ghiaccio = 80 cal
1 cal = 4.2x107 erg
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Evoluzione stellare
Stella a neutroni al
centro della nebulosa
del Granchio
Formazione delle nane bianche
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Nascita e morte
Stella neonata con probabile
pianeta, il primo mai “visto”
Alla ricerca di nane bianche nell’ammasso
globulare M4
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
La scoperta
dell’espansione
dell’Universo
Nascita della Cosmologia
V = H0d
Edwin Hubble
Il cielo come laboratorio
H0 = 20 km/s milioni di a.l.
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10 dicembre 2002
Il Quasar più lontano
Ripreso con il
telescopio
giapponese
Subaru, questo
quasar ha
redshift Z=5.5
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Subaru Deep Field
Campo di galassie
in cui si raggiunge
la magnitudine
24.5
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il quintetto di
Stephan
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
I limiti delle
osservazioni da Terra
Trasparenza
dell’atmosfera
Seeing
Inquinamento luminoso
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Le nuove strumentazioni
da Terra e dallo spazio
Sviluppo di nuove
tecnologie
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Gli specchi dei grandi
telescopi
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Da Galileo
ai
telescopi
attuali
Come e` migliorato il
potere risolutivo dei
telescopi ottici con lo
sviluppo di nuove
tecnologie e la scelta dei
siti adatti
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
ESO Very Large
Telescope (VLT)
EUROPEAN
SOUTHERN
OBSERVATORY (ESO)
Quattro telescopi con
specchio primario di 8.2
m f/1.8 e secondario di
1.2 m
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Sito del VLT
Cerro Paranal - Cile
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Le nuove tecnologie (1)
OTTICA ATTIVA
Correzione della deformazione o
spostamento degli specchi primario e
secondario dovuti alla gravità,
flessione dei tubi ecc.
Gli specchi appoggiano su sostegni
che, attraverso una analisi
computerizzata, imprimono la spinta
necessaria a mantenerne ottimale la
curvatura.
Per poter effettuare queste correzioni
si è sviluppata la tecnologia degli
specchi molto sottili
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Le nuove tecnologie (2)
OTTICA ADATTIVA
La radiazione luminosa (fronte
d’onda) proveniente dagli astri viene
distorta dalla turbolenza atmosferica e
l’immagine risulta confusa
Con l’uso di specchi flessibili e
controlli sofisticati è possibile
aumentare la risoluzione
correggendo il fronte d’onda e
annullando l’effetto atmosferico
come se si osservasse dallo spazio,
ma con costi nettamente inferiori!
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Ottica adattiva
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Interferometria con il
VLT
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Interferometria
Le differenze nel
percorso ottico
del fascio che
raggiunge i
diversi telescopi
vanno corrette
con le linee di
ritardo e
sincronizzate su
un unico
ricevitore
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Interferometria - risultati
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
La radioastronomia
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il futuro dei telescopi
ottici da Terra
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
California Extremely
Large Telescope (CELT)
Progetto con specchio di 30 m
costituito da 1080 segmenti di
1 m ciascuno
Previsto per il 2010
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
OverWhelmingly Large
(OWL)
10 volte l’area di
raccolta di tutti i
telescopi mai
costruiti (!)
Magnitudine
limite V=38
Previsti 100 m di diametro, caratteristiche ancora allo studio
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Quale progresso?
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il telescopio spaziale
Hubble (HST)
Lanciato nel 1990
Collaborazione NASA-ESA
2.4 m di diametro
Orbita quasi circolare a 600 km
Privo di disturbi atmosferici
Risoluzione 0.1 arcsec
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Galassie
HST
M 51
ESO 510-G13
NGC 1409 e 1410
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Stelle e
nebulose
Pistol nebula con la stella forse più
massiccia mai vista
Onda d’urto attorno a LL Orionis
Il cielo come laboratorio
Stelle simbiotiche
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10 dicembre 2002
Pianeti
Aurora su Saturno
Impatti su Giove dei frammenti della
cometa S/L 9 nel 1994
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Alte energie
Galassia attiva Centaurus A con
buco nero
Gamma Ray Burst 971214
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Ricerca di pianeti
extrasolari
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Il futuro nello spazio
Progetto per un telescopio
da 6/8 m da porre in orbita
nel punto Lagrangiano L2
dell’orbita terrestre.
Sarà dedicato a James
Webb, secondo
amministratore della NASA
e responsabile delle
missioni Apollo
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Le altre
lunghezze
d’onda:
IR, X,
gamma
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Tutti i colori della Via Lattea
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
IRAS
Lanciato nel 1986, ha
osservato più del 96% del
cielo in quattro bande
infrarosse centrate su 12, 25,
60 e 100 micron
Costellazione del Camaleonte nell’emisfero
sud, dominata dall’emissione delle polveri
riscaldate dalla radiazione interstellare
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Satellite per l’infrarosso
dell’ESA.
ISO
Lanciato nel 1995
Camera range 2,5-17 micron
SWS range 2,4 - 45,0 micron
LWS range 45 -197 micron
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Missioni X presenti e future
Precise
Spectroscopy
Il cielo come laboratorio
Fe line reverberation m arcsec
Soft X-ray cutoffs
imaging
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10 dicembre 2002
Confronto missioni X
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Chandra
Satellite X della
NASA
Scoperta di due buchi neri nel
nucleo di due galassie attive
interagenti
Schema delle ottiche per raggi X
NGC 6240
Il cielo come laboratorio
Immagine
ottica (HST)
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10 dicembre 2002
INTEGRAL
Satellite per raggi gamma dell’ESA, lanciato nel 2002
Prime
immagini
Cygnus X-1
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Alcuni problemi
scottanti
Nascita delle stelle
Formazione ed evoluzione delle
galassie (massa oscura, AGN)
Radiazione di fondo e origini
dell’Universo
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Big Bang e radiazione di
fondo
Nei primi istanti dopo il Big Bang, la temperatura dell'Universo era stata talmente elevata da
impedire la formazione di nuclei atomici stabili: i fotoni avevano un'energia media così alta da
distruggere ogni possibile legame stabile fra le particelle. L'espansione dell'Universo, però,
aveva portato via via a un graduale abbassamento della temperatura, fino al punto in cui
l'energia dei fotoni non fu più tale da impedire la formazione di nuclei stabili, anche se era
ancora sufficientemente elevata da ostacolare la formazione dei primi elementi, impedendo il
legame fra gli elettroni e i protoni.
Il graduale raffreddamento dell'Universo, fino a una temperatura inferiore ai 4000 gradi sopra lo
zero assoluto, aveva segnato la transizione da un'era "dominata dalla radiazione", in cui la
maggior parte dell'energia era sotto forma di radiazione, a un'era "dominata dalla materia", in
cui la maggior parte dell'energia era, ed è tuttora, intrappolata nella massa. A questo punto
l'accoppiamento termico si era rotto e le "storie" della radiazione e della materia avevano preso
due vie distinte: in altre parole, radiazione e materia si erano disaccoppiate.
L'Universo era diventato trasparente alla radiazione, cosicché i fotoni avevano iniziato a
viaggiare indisturbati attraverso distanze sempre maggiori, mentre il processo di aggregazione
della materia per collasso gravitazionale, non più ostacolato dall'effetto "viscoso" dovuto
all'interazione con la radiazione, aveva portato pian piano alla formazione delle prime masse,
e quindi delle prime stelle.
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
Spettro della radiazione
di fondo
Nel 1948 Ralph Alpher e Robert Herman,
sulla base della teoria da loro sviluppata,
previdero l'esistenza di un fondo di
radiazione, risalente all'epoca del
disaccoppiamento tra materia e radiazione.
Secondo i loro calcoli, tale radiazione,ormai
rarefatta e raffreddata a causa
dell'espansione dell'Universo, aveva una
temperatura non superiore ai 5 gradi Kelvin,
e doveva essere, in qualche modo,
osservabile.
Arriviamo al 1964, anno in cui, Arno Penzias
e Robert Wilson, per conto del "Bell
Telephone Laboratory", utilizzano un'antenna
a corno del diametro di 6 metri, allo scopo di
misurare l'intensità delle onde radio
provenienti dalla Via Lattea.
Il cielo come laboratorio
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Fluttuazioni della
radiazione di fondo
scoperte dal satellite COBE
Esistenza di piccolissime
disomogeneità nella
densità iniziale della
materia e dell'energia
presenti nell'Universo,
responsabili della
successiva formazione,
per effetto della forza
gravitazionale, dei superammassi e ammassi di
galassie, che noi oggi
osserviamo.
Il cielo come laboratorio
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10 dicembre 2002
