La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Savona, 29/11/2006Gianluca Gemme Il Big-Bang......e la luce invisibile.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Savona, 29/11/2006Gianluca Gemme Il Big-Bang......e la luce invisibile."— Transcript della presentazione:

1 Savona, 29/11/2006Gianluca Gemme Il Big-Bang......e la luce invisibile

2 Cominciamo...dalla fine The Nobel Prize in Physics 2006Nobel Prize "for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the cosmic microwave background radiation" John C. Mather George F. Smoot

3 1915: Einstein sviluppò la Teoria della Relatività Generale. Da questa scaturì una nuova teoria della gravità migliore di quella di Newton, perché valida anche in situazioni caratterizzate da una gravità molto intensa (ad esempio nel caso delle stelle) Teoria della Relatività Generale Un passo indietro

4 Prove della relatività generale Entrambe le teorie furono messe alla prova studiando lo spostamento dellorbita di Mercurio e la deflessione della luce del Sole durante uneclisse (1919). In entrambi i casi le previsioni di Einstein erano corrette e quelle di Newton sbagliate

5 Relatività Generale e Cosmologia Con la nuova teoria gravitazionale Einstein studiò lintero Universo, basandosi sullipotesi che esso, a grandi scale, fosse omogeneo e isotropo: –Problema: Lattrazione gravitazionale avrebbe causato il collasso dellUniverso (se ne era accorto anche Newton...) –Soluzione: Einstein aggiunse alla sua teoria della relatività generale la Costante CosmologicaCostante Cosmologica 100 milioni di anni luce

6 Essa dava luogo a un effetto antigravitazionale (gravità repulsiva) Riusciva ad arrestare il collasso dellUniverso Ciò rendeva la visione di Einstein compatibile con lidea generale di un Universo statico ed eterno

7 Nel frattempo... Friedmann e Lemaitre accantorano la costante cosmologica e proposero lidea che lUniverso potesse essere dinamicoFriedmannLemaitre Essi immaginavano un Universo in espansione Aleksander A. Friedmann

8 Lemaitre descriveva un atomo primordiale piccolo, compatto e denso, che esplose, si espanse e si evolse dando forma allUniverso come lo conosciamo oggi Georges Lemaître Big-Bang

9 Universo del Big-Bang oppure Universo statico ed eterno? Friedmann e Lemaitre e il loro Universo in espansione furono ignorati. Privo del sostegno di qualsiasi evidenza sperimentale il modello del Big-Bang conobbe una fase di stasi La grande maggioranza dei cosmologi continuò a credere in un Universo statico ed eterno

10 La Galassia Da secoli gli astronomi costruiscono telescopi più grandi e migliori. Esplorano il cielo notturno e misurano le distanze delle stelle Nel 1700 Herschel mostrò che il sistema solare è incastonato in un ampio raggruppamento di stelle, la Via Lattea Questa è la nostra Galassia...Via Lattea...lunica galassia?galassia

11 Circa anni luce x anni luce La Via Lattea

12 Il Grande Dibattito Nel 1781 Messier catalogò le Nebulose (macchie indistinte) che non sembravano essere stelle (nitidi punti di luce). Il Grande Dibattito riguarda la natura di queste nebuloseMessierNebulose –Sono oggetti allinterno della Via Lattea? –O sono altre galassie? La Via Lattea è lunica Galassia o lUniverso è completamente cosparso di galassie?

13 Parallasse La misura della distanza di una stella vicina è possibile grazie alla parallasse, cioè il moto apparente della stella, rispetto alle stelle fisse causato dal moto terrestreparallasse

14 Il metrodellUniverso Nel 1912 Henrietta Leavitt studiò le stelle variabili Cefeidi e mostrò come il loro periodo di variazione poteva essere utilizzato per indicare la loro luminosità effettiva e per valutare la loro distanzaHenrietta Leavitt variabili Cefeidi Gli astronomi possedevano ora un parametro per misurare lUniverso Henrietta Leavitt

15 Luminosità apparente = luminosità assoluta / (distanza) 2

16 Lera di Hubble Nel 1923 Edwin Hubble identificò una stella variabile in una nebulosa e dimostrò che si trovava molto distante dalla Via Lattea. Venne riconosciuto che la maggior parte delle nebulose erano galassie separate, ciascuna composta da miliardi di stelle, proprio come la Via LatteaEdwin Hubble LUniverso era pieno di galassie Edwin P. Hubble

17

18 Breve digressione... Lo spettro elettromagnetico

19 Spettroscopia Atomi specifici emettono o assorbono lunghezze donda di luce specifiche. Quindi gli astronomi potevano esaminare la luce delle stelle per vedere di che cosa fossero composte Essi scoprirono che le lunghezze donda della luce stellare erano leggermente spostate. Questo fenomeno poteva essere spiegato tramite leffetto Dopplerleffetto Doppler esempio

20 Un stella in avvicinamento presenta uno spostamento della sua luce verso lunghezze donda più corte (blueshift) Una stella in allontanamento presenta uno spostamento della sua luce verso lunghezze donda più elevate (redshift)redshift La maggior parte delle galassie sembrava fuggire dalla Via Lattea Spostamento verso il rosso

21 La Legge di Hubble Nel 1929 Hubble mostrò che esisteva un rapporto diretto tra la distanza di una galassia e la sua velocità. Questa è nota come la Legge di HubbleLegge di Hubble Se le galassie sono in recessione: –Domani saranno tutte più lontane da noi –Ma ieri erano tutte più vicine a noi –E a un certo punto nel passato tutte le galassie dovevano essere ammassate su di noi v = H 0 d

22 Lemaitre considerò le osservazioni di Hubble di un universo in espansione come prova che il suo modello di creazione del Big-Bang fosse corretto Einstein cambiò la sua idea originaria e sostenne il modello del Big-Bang Occorrevano però ulteriori prove a sostegno della teoria del Big-Bang

23 Nucleosintesi Un fondamentale campo di prova fu la teoria atomica. La teoria del Big-Bang poteva spiegare perché gli atomi leggeri (idrogeno ed elio) sono più comuni rispetto agli atomi pesanti (p.es. ferro e oro) nelluniverso attuale? ElementoAbbondanza relativa Idrogeno Elio1.000 Ossigeno6 Carbonio1 Altri<1

24 Struttura dellatomodellatomo Il nucleo centrale contiene protoni (+) e neutroni, e attorno al nucleo orbitano gli elettroni (-) Fusione: due piccoli nuclei si fondono per formare un nucleo più grande: è ciò che avviene nel Sole!Fusione

25 Negli anni quaranta, Gamow, Alpher e Herman descrissero lUniverso primordiale come un semplice brodo caldo e denso di protoni, neutroni ed elettroni e radiazione elettromagnetica (luce). Essi sperarono di poter ottenere atomi sempre più grandi dal processo di fusione nel calore del Big-BangGamow

26 Successo: Il modello del Big-Bang spiega perché oggi lUniverso è composto per il 90% da atomi di idrogeno e per il 9% da atomi di elio Fallimento: Il Big-Bang non spiega la formazione di alcun atomo più pesante dellelio

27 Gamow, Alpher e Herman predissero che uneco luminosa del Big-Bang veniva prodotta circa anni dopo il momento iniziale e poteva ancora oggi essere rivelata La scoperta di questa eco avrebbe fornito una prova della realtà del Big-Bang, ma nessuno ricercò la cosiddetta Radiazione Cosmica di Fondo a Microonde (CMB)Radiazione Cosmica di Fondo a Microonde George Gamow

28 CMB La CMB era rimasta in equilibrio termico con la materia fino allepoca della ricombinazione anni dopo il Big-Bang, quando la temperatura caratteristica delluniverso era circa gradi kelvin e lUniverso era circa volte più piccolo di adesso Conseguenze: –Deve possedere uno spettro di corpo nerocorpo nero –La sua temperatura caratteristica oggi dovrebbe essere circa 3 gradi kelvin

29 Emissione di radiazione elettromagnetica da un corpo Alla temperatura di 37 gradi centigradi (circa 310 gradi kelvin) lemissione è concentrata nellinfrarosso

30 Al diminuire della temperatura il massimo della curva della radiazione di corpo nero si sposta verso minori intensità e maggiori lunghezze donda Lo spettro di un filamento incandescente in un tipico flash. La temperatura del fiilamento è di circa kelvin, corrispondenti ad un picco di emissione intorno a 630 nanometri

31 Problemi aperti Se cera stato un Big-Bang perché lUniverso sembrava essere più giovane delle stelle? Come avevano avuto origine gli elementi più pesanti? Dove era la radiazione cosmica di fondo a microonde?

32 Letà dellUniverso Prima Baade e successivamente Sandage ri- calibrarono la scala delle distanze delle galassie e dimostrarono che in realtà il Big-Bang prevedeva un Universo molto più vecchio delle stime precedenti, compatibile con letà delle stelle e delle galassie (10-20 miliardi di anni) La stima più recente delletà dellUniverso è di 13.7 miliardi di anni ( 200 milioni di anni)

33 Hoyle (linventore del termine Big-Bang e feroce avversario della teoria) riuscì a dimostrare che gli elementi pesanti si erano originati per fusione allinterno dei nuclei delle stelle morentiHoyle Era stato risolto il problema della nucleosintesi: –Gli elementi pesanti si formano nelle stelle morenti –Gli elementi leggeri si formano subito dopo il Big-Bang (nei primi tre minuti) Fred Hoyle

34 La luce invisibile Negli anni sessanta fiorì la radioastromonia e si scoprirono nuove galassie che si trovavano nelle remote distese dellUniverso radioastromonia Nel 1964, Penzias e Wilson scoprirono casualmente la radiazione CMB, prevista nel 1948 dal Gamow, Alpher e HermanPenziasWilson Questa scoperta valse ai due scienziati il premio Nobel per la Fisica nel 1978premio Nobel per la Fisica nel 1978 Arno Penzias Robert Wilson

35 Lantenna dei Bell Telephone Laboratories, nel New Jersey, usata per la scoperta della CMB La mappa del cielo a microonde conferma lomogeneità dellUniverso primordiale...ma non permette di spiegare il meccanismo di formazione delle strutture che osserviamo

36 Alcune domande Cosa ha causato il Bang? Da dove venivano gli ingredienti del brodo primordiale? Il problema dellorizzonteproblema dellorizzonte Il problema della piattezzaproblema della piattezza Da dove vengono le stelle, le galassie e gli altri agglomerati di materia che osserviamo? Cosmologia Inflazionaria + Meccanica Quantistica

37 COBE 1992: Il satellite COBE misurò lo spettro della radiazione CMB e scoprì alcune minuscole variazioni della sua intensità proveniente da diverse zone del cielo che indicavano lievi variazioni di densità nellUniverso primordiale, le quali avrebbero portato alla formazione delle galassie.COBE

38 T = kelvin

39 La mappa del cielo a microonde vista da COBE. Le variazioni di temperatura nelle varie zone del cielo sono dellordine dello 0.001% (una parte su centomila)mappa

40 WMAP WMAP è in grado di misurare variazioni di temperatura dellordine di un milionesimo di grado kelvin variazioni di temperatura

41 La distribuzione angolare delle fluttuazioni di temperatura prevista dalla teoria inflazionaria confrontata con i dati misurati da WMAPdistribuzione angolare

42 FINE ? ?

43 Materia oscura

44 Espansione accelerata A partire dai primi istanti la gravità attrattiva ha iniziato a rallentare lespansione dello spazio Una misura diretta della velocità di espansione in funzione del tempo permetterebbe di calcolare la materia totale nellUniverso: più materia (oscura o visibile) più gravità più decelerazione Per misurare la variazione della velocità dellespansione nel tempo dovremmo andare indietro nel tempo. E facile: basta guardare abbastanza lontano! E confrontare la velocità di allontanamento di corpi situati a diverse distanze.

45 Sappiamo già come si fa: –Si usa leffetto Doppler per misurare la velocità –Si usa una candela standard per misurare la distanzacandela standard Per guardare molto lontano occorre una candela molto luminosa Supernovae di tipo Ia

46 Energia oscura Due gruppi di ricercatori riuscirono verso la fine degli anni novanta a identificare una quarantina di Sn-Ia a varie distanze dalla Terra. La loro conclusione fu che lespansione non sta rallentando (come ci aspetteremmo in un Universo dominato dalla materia), ma, a partire da 7 miliardi di anni dopo il Big-Bang ha accelerato. Questo fenomeno viene spiegato ipotizzando lesistenza di una forma di energia antigraviatazionale (come la vecchia costante cosmologica di Einstein...)

47 La storia del tempo

48 Ciò che sappiamo sullUniverso Il 96% del contenuto del nostro Universo è oscuro Cè ancora MOLTO lavoro da fare!

49 Per saperne di più... Weinberg, I primi tre minuti, Mondadori Hawking, Dal Big Bang ai Buchi Neri, Rizzoli Singh, Big Bang, Rizzoli Greene, La Trama del Cosmo, Einaudi Penrose, La strada che porta alla realtà, Rizzoli Siti web, p.es Wikipedia...Wikipedia The 2006 Review of Particle Physics


Scaricare ppt "Savona, 29/11/2006Gianluca Gemme Il Big-Bang......e la luce invisibile."

Presentazioni simili


Annunci Google