Programma Incontri Luce Dalle Stelle 2016/17
Lunedi’ h 15-17 il 14/,21,28/11-5/12/2016-9,16/1/2017
1. A come Astronomo: i corpi celesti, i telescopi, i computers (Corbelli-Romoli)
2. Osservare le stelle: magnitudini, classificazione (Marco Romoli)
3. La vita delle stelle: diagramma HR, evoluzione, nucleos. (Daniele Galli)
4. L’universo che evolve: spettroscopia e chimica (Laura Magrini)
5. Dalle nebulose alle galassie: storia, luce e materia oscura (Edvige Corbelli)
!
!
6. Cosmologia e le onde gravitazionali (Guido Risaliti)
7. L'astrofisica ad Arcetri: visita, ricerche, osservazioni - 2 Turni
Febbraio 1-2/2017
8. TEST + Osservazioni ai telescopi professionali & visita VIRGO date da
decidere
!
Lezione 1 – A come Astronomo: i corpi celesti, i
telescopi, i computers
www.arcetri.astro.it/~romoli/LDS2016/
parte!prima!(Edvige!Corbelli2OAA)!
1. Una finestra sull’Unniverso: la Via Lattea e le galassie
2. Segnali dallo spazio: osservare la luce a diverse frequenze 3. Il computer come laboratorio : simulare l’universo che evolve
!
!
!parte!seconda!(Marco!Romoli2UniFi)!
!
4. Segnali dallo spazio: come funzionano i telescopi
5. I siti di osservazione e la strumentazione astronomica
6. Siamo soli nell’Universo? Alla scoperta degli esopianeti Luci!nell’Universo!
- L’immagine profonda di HST cattura le luci di galassie vicine e lontane
- Le galassie sono i mattoncini cosmici, formano oggi strutture complesse non omog.
- Questi mattoncini non sono tutti uguali - La luce delle galassie e’ solo tracciante della materia cosmica !
!
!
Uno!sguardo!al!cielo!
Dove!sono!le!galassie!?!
Nubi%di%Magellano:%964%in%Persia%Al%Sufi%le%chiamava%‘al=Bakr’%ovvero%‘le%pecore%degli%arabi%del%sud’
Dove!sono!le!galassie!?!
Una!mappa!di!tuBo!il!cielo!(simile!ad!un!planisfero!della!Terra)!ci!fa!intendere!che!viviamo!in!
una!galassia!a!spirale,!circondata!da!piccole!galassie!satelliG!di!forma!irregolare.!Ma!dove!sono!
le!altre!galassie!?!Ad!occhio!nudo!e!dal!nostro!emisfero!ne!vediamo!forse!una….Andromeda!!
La!Via!LaBea:!
visione!da!un!
suo!satellite!
Una mappa del cielo-La Via Lattea
ammassi globulari
galassia a spirale
ammassi aperti
nebulosa
gassosa
stelle
polvere
La!Galassia!
come!!
Laboratorio!
La!radiazione!eleBromagneGca!
Frequenza,!energia!
lunghezza!d’onda!
I nostri occhi vedono solo il “visibile” ….
1- Emissione del Sole
Intensità
del Sole
2- Trasparenza dell’aria
0%
50%
100%
trasparenza
gamma
X
UV
vis.
IR
radio
Da!Terra!o!dallo!spazio?!
Vis!2!HST!
X2!Chandra!
gamma
BOOMERANG!
Vis!2!HST!
UV!2!Galex!
X
IR!2!IRAS!
UV
vis.
IR
Radio!2!WMAP!
mm radio
TIRGO!
LBT!
VST!
Medicina!
Le galassie
…..bassissima!densita’:!!!un!sole!in!un!cubo!con!4000!anni!luce!
di!lato!!!!!!!Distribuzione!non!uniforme:!mappa!del!cielo!
profondo!oBenuta!!soBraendo!le!stelle!della!nostra!galassia!
Anche!un!fuggente!sguardo!caBura!nella!noBe!le!luci!di!una!molGtudine!di!stelle!della!Via!
LaBea,!la!galassia!in!cui!viviamo.!
E!quella!che!appare!agli!sguardi!aBenG!come!
un’oggeBo!nebulare,!e’!Andromeda,!una!
galassia!grande!quanto!la!nostra!e!distante!
2.5!milioni!di!anni!anni!luce!(la!luce!che!vediamo!oggi!
e’!stata!emessa!quando!appariva!sulla!Terra!il!primo!Homo!Erectus)!
Proprio%perche’%lontana%ne%vediamo%
solo%la%parte%centrale;%
se%i%nostri%occhi%fossero%sensibili%a%
tuEa%la%sua%luce%
Andromeda%ci%apparirebbe%grande%
almeno%come%4%lune%!%
La!luce!aBraversa!la!Luna!in!1!
centesimo!di!secondo,!per!
aBraversare!il!disco!si!Andromeda!ci!
vogliono!160.000!anni!!!!
Le diverse facce della galassia di Andromeda
radio:!gas!idrogeno!
visibile:!stelle!evolute!
millimetrico:!molecole!
ultravioleBo:!stelle!giovani!
Infrarosso:polvere!
raggi!X:!resG!di!stelle!
Una!bella!spirale!!vista!di!piaBo!con!il!suo!compagno:!M51,!Il!mulinello!cosmico!
Una!galassia!a!spirale!vista!di!taglio!!
Chi!sono!i!nostri!vicini?!
(1!kpc!=!3262!anni!luce)!
La!piccola!Nube!di!Magellano!
Galassia!nana!irregolare!del!Gruppo!Locale!
Galassia!spirale:!sferoide!+!disco!
!La!sequenza!di!Hubble!!!
Classificazione!!
morfologica!
Ellidche!
Spirali!!!!!
Irregolari!
%Con%gli%anni%la%speEroscopia%
ha%evidenziato%che:%
quelle%a%disco%hanno%gas%e%
formano%%stelle%;%hanno%mo4%
rotazionali%ordina4%
%%Le%galassie%%%
sferoidali%
(elliKche)%
hanno%
esaurito%il%
carburante%
(gas)%e%
formano%
poche%
stelle.%
%
Si%trovano%
spesso%in%
grandi%
gruppi%di%
galassia%
chiamaN%
ammassi.%
Galassie%nell’ammasso%della%Vergine:%un%ammasso%distante%da%noi%50%milioni%di%anni%luce%(la%luce%che%riceviamo%%
oggi%è%parNta%da%questo%ammasso%quando%da%noi%si%sono%esNnN%i%dinosauri).%
In%cielo%esso%occupa%una%superficie%di%120%gradi%q.%%(500%dischi%lunari)%e%conNene%oltre%2000%galassie.%
Di!cosa!e’!faBa!una!galassia!a!spirale?!
Le!galassie!sono!grandi!laboratori!dove!il!gas!viene!trasformato!
in!stelle.!Galassie!come!la!nostra!o!Andromeda!hanno:!
• Una!massa!stellare!pari!a!10!miliardi!di!stelle!come!il!sole!
• Una!massa!di!gas!pari!a!5!miliardi!di!volte!quella!del!sole!
• Il!10250%!del!gas!soBo!forma!di!nubi!molecolari!dove!si!formano!le!stelle!
• Polveri!cosmiche,!e!al!loro!centro!un!buco!nero!supermassiccio.!
• E!anche!qualcos’altro!che!non!emeBe!o!assorbe!luce…..!
sferoide!
disco!
Galassia!a!spirale!vista!di!taglio!
e!vista!di!piaBo.!Ruota!…e!anche!abbastanza!veocemente!piu’!di!quanto!dovrebbe!!
NGC5055:!il!gas!neutro,!immagine!radio!
Il!gas!si!estende!ben!oltre!il!disco!luminoso,!come!i!petali!intorno!agli!stami!di!un!fiore.!!
USIAMO!LA!RIGA!A!212CM!DELL’IDROGENO!!PER!TRACCIARE!LA!CURVA!OLTRE!
IL!DISCO!OTTICO.!In!assenza!di!stelle!la!curva!dovrebbe!decrescere……….!
L’enorme!spazio!fra!le!stelle!
Circa%1%stella%per%ogni%cubo%di%%7%anni%luce%di%lato%
STELLE: la nube molecolare si contrae e frammenta.
I frammenti hanno masse diverse e formano stelle
di massa diversa. Il processo è attuale e osservabile.
Evoluzione: le stelle non collidono mai fra di loro!
RSun!≈!7x1010!cm;!DSun2αCen!≈!1019cm!!
GALASSIE: non è possibile stabilire come avviene il
processo di formazione perchè il collasso delle nubi
cosmiche è avvenuto 10 miliardi di anni fa e non avviene oggi.
Evoluzione: le galassie possono anche collidere fra di loro!
Rgal!≈!1023!cm;!DMW2M31!≈!2x1024cm!!
Le!galassie!si!abbracciano,!a!volte!fino!a!fondersi!!
…!embrione!di!una!galassia!rigenerata!
Abbraccio!fra!la!Via!LaBea!e!Andromeda!
Collisioni!fra!galassie!
• Le!collisioni!fra!galassie!sono!un!fenomeno!abbastanza!frequente!e!speBacolare!
• Collisioni!fra!2!grandi!galassie!sono!rare.!TuBavia!noi!collideremo!con!la!galassia!di!
Andromeda!che!si!sta!avvicinando!a!!noi!con!velocità!di!circa!300!km/s!
• Le!collisioni!fra!una!grande!galassia!e!una!piccola!sono!invece!molto!frequenG!
• Le!collisioni!sGmolano!la!formazione!di!nuove!stelle!
• E’!aBraverso!le!collisioni!che!le!galassie!!possono!evolvere!
• Le!simulazioni!numeriche!!ci!aiutano!a!conoscere!i!prodod!delle!collisioni!!
-Le galassie tuttavia possono collidere fra di loro grazie alla materia oscura
-Durante la collisione fra galassie le stelle e la m.o. tuttavia non collidono
vedi: 3_swarm.mov
Le!galassie!contengono!materia!ordinaria!e!oscura!!!
!!!Ellidche!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !
!
!Spirali!
! !Gravità!& !!!!!! ! ! !!!!Gravità!&!!!
!!!poca!Rotazione! ! ! !!!Rotazione:!
TuBe!stelle,!no!gas ! !Tante!stelle!,!gas!
Simulazione:!!
1.%simulazione%sperimentale,!riproduzione%a%fini%sperimentali%delle%condizioni%in%cui%si%verifica%un%%
%%%%%%%%%%%%%%%% %
%
%
%
%
%fenomeno%%
2.%(scient.)!analisi%di%un%fenomeno,%di%un%processo%o%di%un%sistema%effe>uata%a>raverso%la%costruzione%di%un%
modello%matema4co%che%lo%simuli,%sviluppato%in%genere%mediante%un%elaboratore%ele>ronico%
!Simulazione!Numerica!
conoscenza!dei!processi!
fisici!e!della!loro!
importanza!relaGva!
!
EsperimenG!
Numerici!
predizione!dell’evoluzione!
del!sistema!
!
!
Keplero!
1600:%Sistema%Solare%
il!Come!
&!
Newton!
il!Perché!
OsservaGvo!
Teorico!!!
Ma!esiste!anche!una!terza!figura….!
Galileo!
Sperimentale!
1600!
2000!
Poiché!molG!fenomeni!celesG!non!sono!
riproducibili!in!laboratorio!l’Astronomo!
Sperimentale!di!oggi!cerca!di!capire!
fenomeni!celesG!complessi!simulandoli!al!
computer.!
in!astrofisica!le!simulazioni!sono!
importanG,!perchè?!
possiamo!fare!delle!misure!aBraverso!le!osservazioni!ma!!
non!capire!il!perchè!di!un!fenomeno!aBraverso!la!sua!!
riproducibilità!in!laboratorio!
Asped!tecnici:!Supercomputers!
!
(Ex)!Chiesa!di!Torre!Girona!a!Barcellona
!
Mare!Nostrum!@!Barcelona!SupercompuGng!Center
!
La!mappa!dell’Universo!giovane,!a!t=380000!anni!!
Ovvero!13.8!Gyrs!fa!(z=1100).!
L’universo!si!raffredda!nell’espandersi:!T(z)=T0(1+z)!
Oggi:!emissione!di!corpo!nero!a!T=2.73!K,!picco!nelle!micro2onde!
1.
2.
3.
4.
5.
1.
Osserviamo oggetti evoluti (oggi) e alcune condizioni iniziali (WMAP)
Indoviniamo i suoi ingredienti e le sue leggi
Simuliamo l’evoluzione (calcolo numerico)
Confrontiamo i risultati con le osservazioni
Prediciamo il futuro
2.
3.
Dal!punto!di!vista!computazionale!possiamo!dire:!meno!male!che!c’e’!la!Materia!Oscura!!
Gli%ingredien4%%%
Di cosa e’ fatto l’Universo? 3 le notizie sconcertanti
Materia!
Energia!oscura!
1st!Qtr!
68%!Energia!oscura!
2nd!Qtr!
27%!Materia!oscura!
3rd!Qtr!
4.6%!Gas!intergaladco!
4th!Qtr!
0.4%!Stelle!e!gas!in!galassie!
Universo!oggi!
!Ω!=!frazione!della!torta!
1.!La!materia!non!e’!l’ingrediente!principale!dell’Universo,!
dominato!dall’energia!oscura!!!E!quella!ordinaria,!deBa!
barionica,!rappresenta!solo!il!5%!!di!esso!!!
2.!RispeBo!alla!materia!presente!nell’Universo!quella!
ordinaria,!barionica,!!complessivamente!puo’!raggiungere!!
!il!15!%!della!massa!,!il!restante!85%!e’!materia!oscura!!!!!
Ordinaria!
Oscura!
Materia!Oscura!
Gas!intergaladco!
Stelle!e!gas!in!galassie!
Materia%
!f!=!frazione!della!torta!
!fbar!(cosmica)!=0.15!
3.!Le!galassie!sono!i!maBoncini!cosmici,!!ma!il!gas!e!
le!stelle!in!esse!cosGtuiscono!solo!l’1.5%!della!materia!
dell’Universo!ovvero!il!10%!dei!barioni.!!
Tuttavia la materia ordinaria e’ alla
base del fenomeno più comune e
interessante dell’Universo:
la trasformazione
del gas in stelle e pianeti
! un unico processo osservabile
anche oggi! Come ?
! La parola a Marco…..
