Nuove strade e scopi della moderna astronomia

Presentazione sul tema: "Nuove strade e scopi della moderna astronomia"— Transcript della presentazione:

1 Nuove strade e scopi della moderna astronomia
Piero Rafanelli Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

2 Perché lo studio dell’astronomia?
Il bello Il mistero Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

3 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 10 dicembre 2002

4 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 10 dicembre 2002

5 Curva di risposta dell’occhio umano
Diametro massimo della pupilla al buio circa 7 mm Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

6 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 10 dicembre 2002

7 La fotometria La galassia M33 fotografata al telescopio da 182 cm di Asiago Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

8 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 10 dicembre 2002

9 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 10 dicembre 2002

10 Classificazione spettrale
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

11 Il diagramma H-R Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

12 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 10 dicembre 2002

13 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 10 dicembre 2002

14 Evoluzione stellare Stella a neutroni al centro della nebulosa del Granchio Formazione delle nane bianche Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

15 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 10 dicembre 2002

16 La scoperta dell’espansione dell’Universo Nascita della Cosmologia
V = H0d H0 = 20 km/s milioni di a.l. Edwin Hubble Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

17 Il Quasar più lontano Ripreso con il telescopio giapponese Subaru, questo quasar ha redshift Z=5.5 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

18 Subaru Deep Field Campo di galassie in cui si raggiunge la magnitudine 24.5 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

19 Il quintetto di Stephan
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

20 I limiti delle osservazioni da Terra
Trasparenza dell’atmosfera Seeing Inquinamento luminoso Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

21 Le nuove strumentazioni da Terra e dallo spazio Sviluppo di nuove tecnologie
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

22 Gli specchi dei grandi telescopi
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

23 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 10 dicembre 2002

24 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 10 dicembre 2002

25 Sito del VLT Cerro Paranal - Cile Il cielo come laboratorio
10 dicembre 2002

26 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 10 dicembre 2002

27 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 10 dicembre 2002

28 Ottica adattiva Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

29 Interferometria con il VLT
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

30 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 10 dicembre 2002

31 Interferometria - risultati
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

32 La radioastronomia Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

33 Il futuro dei telescopi ottici da Terra
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

34 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 10 dicembre 2002

35 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 10 dicembre 2002

36 Quale progresso? Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

37 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 10 dicembre 2002

38 Galassie HST M 51 ESO 510-G13 NGC 1409 e 1410
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

39 Stelle e nebulose Pistol nebula con la stella forse più massiccia mai vista Onda d’urto attorno a LL Orionis Stelle simbiotiche Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

40 Pianeti Aurora su Saturno
Impatti su Giove dei frammenti della cometa S/L 9 nel 1994 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

41 Alte energie Galassia attiva Centaurus A con buco nero
Gamma Ray Burst Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

42 Ricerca di pianeti extrasolari
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

43 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 10 dicembre 2002

44 Le altre lunghezze d’onda: IR, X, gamma
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

45 Tutti i colori della Via Lattea
Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

46 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 10 dicembre 2002

47 ISO Satellite per l’infrarosso dell’ESA. Lanciato nel 1995
Camera range 2,5-17 micron SWS range 2,4 - 45,0 micron LWS range micron Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

48 Missioni X presenti e future
Precise Spectroscopy Fe line reverberation Soft X-ray cutoffs m arcsec imaging Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

49 Confronto missioni X Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

50 Chandra Satellite X della NASA
Immagine ottica (HST) Scoperta di due buchi neri nel nucleo di due galassie attive interagenti Schema delle ottiche per raggi X NGC 6240 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

51 INTEGRAL Satellite per raggi gamma dell’ESA, lanciato nel 2002
Prime immagini Cygnus X-1 Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002

52 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 10 dicembre 2002

53 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 10 dicembre 2002

54 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 10 dicembre 2002

55 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 super-ammassi e ammassi di galassie, che noi oggi osserviamo. Il cielo come laboratorio 10 dicembre 2002