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Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio astronomico di Brera Universo in fiore Il piu’ grande spettacolo dopo il Big Bang Gabriele Ghisellini

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Presentazione sul tema: "Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio astronomico di Brera Universo in fiore Il piu’ grande spettacolo dopo il Big Bang Gabriele Ghisellini"— Transcript della presentazione:

1 Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio astronomico di Brera Universo in fiore Il piu’ grande spettacolo dopo il Big Bang Gabriele Ghisellini INAF-Osservatorio Astronomico di Brera

2 Viviamo in un periodo fortunato… La nostra stella e’ tranquilla e la nostra atmosfera ci protegge, insieme al campo magnetico terrestre. Negli ultimi anni il clima e’ stato relativamente stabile e questo ha favorito la nascita e lo sviluppo dell’agricoltura. Questo ha permesso di avere una buona riserva di cibo. E questo ha permesso che qualcuno potesse dedicarsi alla scienza. Ma in altre parti dell’Universo le cose non sono cosi’ tranquille….

3 La madre di tutte le esplosioni: il Big Bang 13.7 miliardi di anni fa…

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5 0.01 secondi dall’inizio Temperatura=100 miliardi di gradi Si formano protoni, neutroni, elettroni e neutrini. Il protone e’ il nucleo dell’idrogeno. Quindi tutto l’idrogeno dell’Universo ha 13.7 miliardi di anni.

6 Nei primi 3 minuti si forma l’elio. Temperatura:~1miliardo di gradi. Non si formano gli altri elementi.

7 dopo qualche miliardo di anni… i semi crescono 100 miliardi di galassie e proto-galassie, disposte in filamenti e “noduli”

8 e adesso… Spirale Ellittica Peculiare Irregolare

9 Noi siamo qui anni luce La via Lattea ~100 miliardi di stelle

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11 Ogni secondo, il Sole converte in energia una massa di 2 milioni di tonnellate (E=Mc 2 ). Idrogeno  Elio Funziona da 5 miliardi di anni, e continuera’ per altri 4-5 miliardi, quando tutto l’idrogeno del nucleo (10%) sara’ stato “bruciato”. E poi?

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17 Idrogeno  Elio nel nucleo

18 Nana bianca

19 Nana Bianca Raggio: km (circa come la terra) Massa: 0.7 volte quella del sole Alta densità: 1 cucchiaino  1 tonnellata! All’inizio: gradi (bianca). Poi si raffredda (nana bruna).

20 Il sole converte idrogeno in elio. E gli altri elementi? Noi per esempio…

21 Noi siamo fatti di…

22 ossigeno65% Noi siamo fatti di…

23 ossigeno65% carbonio18% Noi siamo fatti di…

24 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% Noi siamo fatti di…

25 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% azoto3% Noi siamo fatti di…

26 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% azoto3% calcio1.5% Noi siamo fatti di…

27 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% azoto3% calcio1.5% fosforo1.2% Noi siamo fatti di…

28 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% azoto3% calcio1.5% fosforo1.2% potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro ~1% Noi siamo fatti di… %

29 ossigeno65% carbonio18% idrogeno10% azoto3% calcio1.5% fosforo1.2% potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro ~1% Noi siamo fatti di… % 13.7 miliardi di anni

30 Stelle come il Sole bruciano l’idrogeno del loro nucleo, ma non fanno elementi piu’ pesanti dell’elio. Non e’ stato il Sole a fare gli elementi che ci sono sulla Terra. Non e’ stato il Big Bang. Chi e’ stato?

31 Sole Tipo: supergigante blu Distanza: ~1000 a.l. Massa: 50 Soli Luminosità: Soli Raggio: 20 Soli Temperatura: ° Eta’: ~ 4 milioni di anni Vita: ~ 6 milioni di anni  Puppis

32 Le stelle grandi sono a cipolla… Ogni guscio brucia un combustibile diverso e produce energia. Fino a quando si produce il ferro. Oltre no. “Il ferro non brucia”. Il combustibile finisce. E in fretta! (milioni di anni..) Prima Dopo

33 gravita’ pressione

34 gravita’ pressione

35 gravita’ Nucleo di ferro

36 gravita’ Stella di neutroni

37 Onda d’urto

38 >10,000 km/s

39 Supernova 1987a

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41 Cas A ~ anni luce

42 Keplero anni luce

43 Tycho anni luce

44 Granchio 1054 d.C. astronomi cinesi ~6500 anni luce

45 Siamo vecchi… L’idrogeno del nostro corpo ha 13.7 miliardi di anni Tutti gli altri elementi sono stati fatti in una stella di grande massa, esplosa piu’ di 5 miliardi di anni fa. Siamo polvere di stelle nel senso letterale del termine.

46 4 Agosto 1967 Jocelyn Bell (allora 24enne), dottoranda di Antony Hewish a Cambridge bip

47 ROMA 10 km

48 Un cucchiaino: un miliardo di tonnellate Campo magnetico alla superficie: (=mille miliardi) di Gauss Terra: ~ 1 Gauss Magnetino da frigo: ~100 Gauss 10 km Non brucia. Come fa ad essere stabile? neutroni Rifiuto degli neutroni a stare vicini (meccanica quantistica)

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50 Pulsar Granchio

51 gravita’ Nucleo di ferro Se la stella non e’ troppo pesante i neutroni riescono a sostenere la gravita’

52 gravita’ Nucleo di ferro Buco nero Se la stella e’ piu’ pesante la gravita’ vince tutte le resistenze

53 ROMA 10 km 3 km

54 La materia continua a cadere sul buco nero neonato Una piccola parte della materia, invece, viene espulsa con grande energia. Si formano 2 getti in direzioni opposte, che “bucano” la stella ancora prima che scoppi. E’ il motore piu’ efficiente che conosciamo.

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56 Quando esce dalla stella, il getto ha una velocita’ > % della velocita’ della luce Gamma Ray Bursts, le esplosioni piu’ potenti dopo il Big Bang

57 Miliardi di anni luce… La loro energia e’: Come 100 Supernovae Come il Sole per 3000 miliardi di anni Come tutta la nostra Galassia per 100 anni Record: GRB L’Universo aveva “appena” 630 milioni di anni e tutto in pochi secondi…

58 Fanno male? strato dell’ozono Se scoppia una supernova o un gamma ray burst a meno di anni luce da noi….

59 fitoplancton

60 Eta Carinae: 7000 anni luce dalla Terra Probabilmente non ci sparera’ addosso…

61 Le sorgenti piu’ potenti si vedono anche se sono lontane. La loro luce ci arriva da un’epoca lontana, quando l’Universo era piu’ giovane. Possiamo usarle per misurare l’Universo? Si’.

62 Dal Big Bang l’Universo si sta espandendo Ma la gravita’ tende a frenare Piu’ massa c’e’, piu’ la gravita’ e’ grande L’Universo si espandera’ per sempre?

63 Grande massa: gravita’ vince sull’espansione, che alla fine si ferma e l’Universo si ricontrae: Chiuso Piccola massa: l’espansione vince sulla gravita’ e l’Universo si espande per sempre: Aperto Fino al 1998 si pensava che queste fossero le uniche 2 possibilita’ “Aperto” o “Chiuso”?

64 Come lo scopriamo? L=100 W Brillante! Debole! vicino lontano Primo passo: candele standard

65  Misuriamo la luce ricevuta da una candela standard. Cosi’ troviamo la distanza  Misuriamo quando la luce e’ partita (in realta’ misuriamo lo spostamento verso il rosso della sua luce, il redshift) Secondo passo: Come lo scopriamo?

66 Esempio: Supernova, 5 miliardi di anni fa Debole grande espansione, poca massa Brillante piccola espansione, tanta massa Molto debole “troppa” espansione ? Che diavolo succede???

67 Tempo dal Big Bang Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ minore Brillante, poca distanza piccola espansione, tanta massa

68 Tempo dal Big Bang Se una macchina accelera, fara’ piu strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ maggiore Molto debole, grande distanza “troppa” espansione ? Che diavolo succede??? L ’ U n i v e r s o s t a a c c e l e r a n d o ! ! !

69 Dark Energy…  L’ Universo sta accelerando  Perche’? Ci deve essere una nuova forma di energia (non massa!), la Dark Energy…  Veramente bizzarra: mentre l’universo si sta espandendo, questa energia mantiene la sua densita’ costante (oppure addirittura aumenta): il totale quindi cresce come il volume. Piccolo esperimento...  Quanta ce n’e’ adesso???

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71 E il futuro?

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73 ?

74 Grazie dell’attenzione e arrivederci…

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76 Tempo dal Big Bang Vel. di espansione Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ minore Brillante, poca distanza piccola espansione, tanta massa

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78 “Open” or “Close”? Large density: gravity wins over expansion, that eventually stops and the Universe recontracts: Close Small density: expansion wins against gravity, and the Universe expands forever: Open Big issue up to 1998

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80 Long GRBs  jet  = 0.1  rad; L jet = erg/s magnetar Collapsar (BH+disk) B~10 15 G Short GRBs Merging of NS+NS or NS+BH

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82 T h e U n i v e r s e i s a c c e l e r a t i n g ! ! ! distance Saul Perlmutter Distances are large… too large Redshift

83 The wavelength of the photon is stretched as the Universe expands: REDSHIFT z This is not a Doppler shift ! z   1+z = R now /R then

84 L’universo bambino: appena anni di eta’… piccole differenze di temperatura (una parte su un milione). Piccole, ma importanti… Semi delle future galassie

85 Supernova 1987a anni luce


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