L’ ETÁ DELL’ UNIVERSO
Van Gogh: notte stellata
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Perche’ e’ importante determinare
l’eta’ dell’Universo?
E’ una domanda che gli uomini si pongono
da migliaia di anni;
E’ necessario per comprendere l’evoluzione
e la struttura dell’universo;
E’ necessario per la determinazione di altri
parametri cosmologici;
La coerenza dei risultati ottenuti con metodi
diversi fornisce una verifica importante
delle leggi fondamentali della fisica.
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Un po’ di storia
Fino a qualche centinaio di anni fa, il sistema solare e
l'Universo erano equivalenti nella mente degli uomini
dotti.
Rivoluzione culturale
COPERNICO - La terra non e’ il centro del sistema
solare
SHAPLEY - Il sistema solare non si trova al centro
della Via Lattea
HUBBLE - L’Universo subisce una Espansione
Uniforme (la Via Lattea non e’ il centro dell’Universo)
Se l’universo si espande (evolve) fa senso chiedersi
quale è la sua origine e quale sarà il suo destino. 3
L’Universo del XVIII-XIX secolo
Universo = Via Lattea
1 parsec (pc)= 3.26 anni luce = 3.1 . 1018 cm
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L’Universo del XXI secolo
T0 = età dell’Universo
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L’eta’ dell’Universo: nel passato
Nel XVII secolo il vescovo irlandese James Ussher
calcolò che la creazione avvenne nel 1095 a.c.,
secondo la cronologia della Bibbia.
Nel XIX secolo Helmoltz stimò l’età del sole e del
sistema solare in circa 50 Milioni di anni, sulla base
dell’energia gravitazionale disponibile.
La geologia suggeriva tempi dell’ordine del Miliardo
di anni, un ordine di grandezza necessario anche per
l’evoluzione biologica.
Nel XX secolo, dopo la scoperta della radioattività
Eddington capì che il sole, come le altre stelle, è
alimentato dall’energia nucleare, che può sostenerlo
per miliardi di anni coerentemente con le evidenze
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geologiche (ed evoluzionistiche).
L’età dell’Universo: oggi
Ci sono molti modi per stimare l'età dell’ Universo:
- l'età dei più antichi ammassi stellari
T0 = (13 2) Gyr
- la misura della costante di Hubble
T0 = (14 2) Gyr
- l'età degli elementi chimici;
T0 = (12.5 3) Gyr
- l'età delle più antiche nane bianche:
T0 = (13.5 2) Gyr
I vari metodi danno risultati consistenti:
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T0 = (13 2) Gyr
(1 Gyr= 10 anni = 1 miliardo di anni )
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STRUTTURA DELLA GALASSIA
L’Universo è
più vecchio
delle stelle
che contiene.
Quali sono le
stelle più
vecchie della
nostra
galassia?
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Gli ammassi globulari
105 - 106 stelle aventi la stessa eta’ e la stessa
composizione chimica
Assenza di gas e polveri
Prevalenza stelle
Giallo/Arancio/Rosse
Simmetria sferica
Scarsa abbondanza
di elementi più pesanti
dell’elio.
Gli ammassi globulari
sono quelli piu’ antichi
Si sono formati subito
dopo il BIG-BANG:
TAG T0
A. Globulare M55
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L’eta’ degli ammassi globulari
Turn-Off = Stelle
dell’ammasso che
hanno esaurito
l’idrogeno centrale
LTO MTO = Massa
delle Stelle al Turn-Off
Turn-Off
MTO TTO = eta’ delle
stelle al Turn-O
TTO = TAG T0
TAG 12 1 Gyr
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L’espansione dell’Universo
C’è una relazione di proporzionalità fra la distanza d di
ciascuna galassia e la velocità v con cui si allontana
Legge di
Hubble
V = H0 · d
H0 = Costante di Hubble
v = velocita’
d = distanza
Ho ha le dimensioni di un inverso di un tempo.
Se trascuro ogni interazione l’età dell’universo
è:
To = 1/ Ho
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Le misure di velocità e distanza
La legge di
Hubble
V = H0 · d
H0 = Costante di Hubble
V = velocita’
d = distanza
richiede la misura di due quantità:
•Velocità
misure di redshift
SN1A
•Distanza
misure di luminosità
Candele
Campione
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L’eta’ dell’Universo
H0 = 65 ± 8 km/s/Mpc
T0 ~ 1/H0 15 miliardi di
anni
N.B. Il risultato esatto
dipende dalla composizione
dell’ Universo; adesso si
ritiene che:
tot = crit;
m ~ ½ v
T0 = (14 2) Gyr
<crit
>crit
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L’età degli elementi
I metodi di datazione radioattiva
sono ampiamente utilizzati nello
studio dell’antichità.
Ad esempio l’età di una ceramica greca può essere
determinata dall’abbondanza residua di Carbonio 14 nei
pigmenti organici.
Lo stesso metodo si può usare per datare le stelle,
misurando l’abbondanza residua di elementi radioattivi
con tempi di decadimento di miliardi di anni.
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Osservazione di Uranio e Torio
nelle stelle di alone
Dalla misura
delle abbondanze
di questi elementi
nelle stelle più
vecchie si può
ricostruirne l’età:
T= (12.5±3) Gyr
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Il raffreddamento delle nane bianche
Una nana bianca è il cadavere di una stella.
Sherlock Holmes: dalla temperatura del cadavere
posso dedurre quando è stato compiuto l’assassinio.
Questo stesso metodo è applicato misurando la
temperatura superficiale delle nane bianche.
Isolando quelle più fredde si determina l’età delle
più vecchie.
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Le nane di M4
Il telescopio spaziale Hubble
ha osservato le più fredde nane
bianche a 7000 anni luce da
noi, nell’ammasso M4
Dalla misura della
loro luminosità
si ricava l’età:
TWD= (13.5 2) Gyr
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Conclusioni e problemi aperti
Quattro metodi diversi danno risultati in accordo,
riassumibili in:
T0 = 11-15 Miliardi di anni
La consistenza dei risultati conferma il quadro teorico
in cui sono inquadrati (evoluzione stellare, relatività
generale, costanza delle leggi della natura…).
La cosmologia è adesso una scienza, che dispone di
dati osservativi e ne fornisce un’interpretazione
coerente.
Sono trascorsi circa 13 Miliardi di anni dal Big Bang,
ma…. Che c’era prima del big bang? ...Esiste un
“prima”del big bang? …
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