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Tano Cavattoni LUniverso Età 13,7 miliardi di anni LUniverso Età 13,7 miliardi di anni.

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1 Tano Cavattoni LUniverso Età 13,7 miliardi di anni LUniverso Età 13,7 miliardi di anni

2 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore Capitolo 10 Luniverso lontano Che cosa sono le galassie? Prima del 1900 nessuno ne sapeva niente. Nel 1920 ne erano al corrente ben pochi. Dopo il 1924 non cera più un solo astronomo che non lo sapesse. Allan Sandage

3 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore Lezione 26 Galassie § 10.1 La nostra Galassia § 10.2 Galassie oltre la nostra § 10.3 Gruppi di galassie Lezione 27 Cenni di cosmologia § 10.4 Perché il cielo di notte è buio? § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso § 10.6 Origine delluniverso § 10.7 Conferme della teoria del big bang § 10.8 Ipotesi sul futuro Capitolo 10 Luniverso lontano

4 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.1 La nostra Galassia Materia oscura Giustifica lanomalo moto di rotazione della galassia. I bracci La struttura a bracci è dovuta alla particolare rotazione differenziale. Dimensioni Stimate da Shapley nel 1920 grazie alle cefeidi di Henrietta Leavitt negli ammassi globulari. Harlow Shapley M81, molto simile alla Galassia Mezzo interstellare Shapley sovrastimò le dimensioni a causa della presenza del mezzo interstellare.

5 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.1 La nostra Galassia Il mezzo interstellare È la materia che occupa lo spazio fra le stelle: Il mezzo interstellare assorbe la luce delle stelle di sfondo 90% idrogeno; 9% elio; 1% polveri, come quelle che compongono il fumo di sigaretta.

6 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.1 La nostra Galassia La materia oscura È la materia la cui esistenza è stata ipotizzata per giustificare lanomalo moto di rotazione delle galassie. I bracci di spirale Sono zone in cui laumento di densità porta alla formazione di nuove stelle. Materia visibile 1% Materia oscura 29% Energia oscura 70% Le ellissi rappresentano la traiettoria di polveri e gas. Gli assi maggiori delle ellissi ruotano a diverse velocità. Si formano degli addensamenti: i bracci di spirale.

7 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.1 La nostra Galassia Oltre la Galassia Le nebulose a spirale come quella di Andromeda fanno parte della Galassia o sono esterne ad essa? Andromeda: galassia o nebulosa? Il Grande Dibattito che Shapley ebbe con Curtis nel 1920 fu vinto da questultimo. Heber Doust Curtis Nel 1924 Edwin Powel Hubble dimostrò che Andromeda si trova oltre i 2 milioni di a.l. di distanza: la Via Lattea non è luniverso, ma una galassia fra le tante.

8 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.2 Galassie oltre la nostra M101 Ga lassie a spirale I bracci di spirale sono sede di formazione stellare. massa: 10 9 ÷ m diametro: ÷ a.l. M101 Galassie ellittiche Sono solitamente composte da stelle vecchie. massa: 10 6 ÷ m diametro: ÷ a.l. M87

9 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.2 Galassie oltre la nostra Galassie irregolari Sono ricche di gas interstellare e di stelle giovani. massa: fino a m diametro: fino a a.l. NGC 6822 Lo scontro fra stelle è molto improbabile, ma la fusione dei mezzi interstellari provoca formazione di nuove stelle. Galassie interagenti NGC 4676

10 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.2 Galassie oltre la nostra Strane galassie nello spazio I nuclei galattici attivi (AGN, Active Galactic Nucleus) sono nuclei di galassie con anomale emissioni di energia, non riconducibili agli usuali processi di fusione delle stelle. Si ritiene che al centro del nucleo vi sia un buco nero supermassiccio. Buco nero Getti di particelle a velocità relativistiche. Disco di accrescimento Toroide di polveri e gas Osservati dai diversi punti di vista gli AGN appaiono come: galassie Seyfert, con forti emissioni nel visibile; radiogalassie, con anomale emissioni nella banda radio; i quasar, gli oggetti più luminosi che si conoscano.

11 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore 2010 Il Gruppo Locale è il piccolo ammasso, 36 galassie, a cui appartiene la nostra Galassia. 11 § 10.3 Gruppi di galassie Gli ammassi di galassie sono aggregazioni di galassie che interagiscono gravitazionalmente. La Galassia

12 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.3 Gruppi di galassie Lammasso di galassie a noi più vicino è quello della Vergine, a circa 55 milioni di a.l. di distanza. Contiene circa 2000 galassie e 5·10 14 m. Le galassie ellittiche giganti M86 e M84. M86 M84

13 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.3 Gruppi di galassie La scala maggiore alla quale si è riusciti a vedere una struttura nelluniverso è quella dei superammassi: aggregazioni di ammassi di galassie. Due milioni di galassie punteggiano grandi bolle vuote. I superammassi si formano in corrispondenza del punto di incontro fra più bolle.

14 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.4 Perché il cielo di notte è buio? Il paradosso di Olbers Supponiamo che luniverso sia: È così? Guardando il cielo notturno in qualsiasi direzione, la linea di vista dovrebbe prima o poi incontrare una stella: una luce accecante dovrebbe provenire da ogni direzione. uniformemente popolato di stelle; statico; infinito, sia nello spazio che nel tempo.

15 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.4 Perché il cielo di notte è buio? La cosmologia è la scienza che studia le proprietà e levoluzione delluniverso. Quando Olbers ripropose il paradosso nel 1826 sottointendeva una precisa cosmologia. Heinrich Wilhelm Mathias Olbers Come dimostrò Vesto Melvin Slipher nel 1914, le ipotesi di Olbers non erano corrette. In particolare non è possibile considerare luniverso come un aggregato statico di stelle. Vesto Melvin Slipher

16 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso Slipher misurò la velocità di recessione delle nebulose a spirale grazie alleffetto Doppler. Righe senza alcuno spostamentoRighe spostate verso il rossoRighe spostate verso il blu

17 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso La legge di Hubble Lapparente velocità (v) di recessione delle galassie è direttamente proporzionale alla loro distanza (r): Nel 1929, Hubble, con laiuto di Milton Humason, dimostrò che luniverso è in espansione secondo una precisa legge. v = H 0 ·r Distanza (Mpc) Velocità (km/s)

18 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso Se le galassie si stanno allontanando le une dalle altre, cè stato un momento in cui erano unite? Sono le galassie a muoversi nello spazio o è lo spazio fra una galassia e laltra che si espande? Lattuale stima della costante di Hubble H 0 è: H 0 = 72 (km/s)/Mpc Se tutte le galassie si stanno allontanando da noi, vuol dire che siamo al centro delluniverso?

19 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso Espansione delluniverso Lapparente spostamento delle galassie è dovuto alla dilatazione dello spazio: Le galassie si allontanano le une dalle altre e non cè un centro. In questo modello lo spazio è la superficie del palloncino, non tutto il palloncino.

20 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso La legge di Hubble misura le distanze Lo spostamento verso il rosso cosmologico, dovuto allespansione dello spazio, è misurato dal parametro di redshift z, il rapporto fra la variazione di lunghezza donda e la lunghezza donda emessa: z = λ/λ Dal parametro z si può ricavare la velocità (v) di recessione della galassia:

21 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.5 La legge di Hubble e lespansione delluniverso La legge di Hubble misura le distanze Nota la velocità di recessione (v), utilizzando la legge di Hubble si può ricavare la distanza (r): La legge di Hubble è lo strumento che permette di misurare le distanze maggiori. Attenzione, la scala è logaritmica. r = v/H 0

22 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.6 Origine delluniverso Nel 1927 Georges Lamaître pubblicò la sua teoria sullorigine delluniverso, origine che chiamò: atomo primordiale. Oggi la teoria più accettata dalla comunità scientifica è quella del big-bang*: levento iniziale da cui hanno avuto origine lo spazio e il tempo. Fu un lavoro di Arthur Eddington del 1933 a far conoscere la teoria di Lamaître e a diffonderla. * Il termine fu coniato da Fred Hoyle negli anni Cinquanta con lintenzione di deridere la nascente teoria sullorigine delluniverso.

23 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.6 Origine delluniverso Ere Tempo trascorso dal big-bang Temperatura media Particelle presenti Era di Planck0 ÷ 10 –43 sDa ? a K? Da anni a oggi Da K a 3 K Atomi Era della materia Era della radiazione Da a 10 9 K Da 10 –32 s a anni Nuclei di elio, deuterio Protoni,neutroni Era inflazionaria K10 –35 ÷ 10 –32 s Fotoni, quark, elettroni GUT10 30 K Fotoni, quark, elettroni 10 –43 ÷ 10 –35 s (Grand Unified Theory)

24 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.7 Conferme della teoria del big-bang La principale conferma della validità della teoria del big-bang è la CBR, la radiazione cosmica di fondo, scoperta nel 1965 da Arno Penzias e Robert Wilson. Una mappa del cielo, nelle microonde, realizzata nel 2003 dalla sonda MAP. temperatura maggiore; temperatura minore.

25 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore § 10.8 Ipotesi sul futuro Secondo lattuale modello, il futuro delluniverso dipende dal parametro di densità Ω: il rapporto fra la densità media delluniverso e la densità critica, pari a 10 –27 kg/m 3. Ω < 1: espansione senza fine; universo aperto. Ω = 1: espansione che rallenta, ma senza fermarsi; universo aperto. Ω > 1: lespansione è destinata ad arrestarsi e luniverso a implodere in un big-crunch; universo chiuso.

26 T. Cavattoni - lUniverso età 13,7 miliardi di anni - © Italo Bovolenta editore


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