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Polvere di Stelle Laffascinante viaggio di un granello di polvere Loretta Campeggio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Lecce.

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Presentazione sul tema: "Polvere di Stelle Laffascinante viaggio di un granello di polvere Loretta Campeggio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Lecce."— Transcript della presentazione:

1 Polvere di Stelle Laffascinante viaggio di un granello di polvere Loretta Campeggio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Lecce

2 Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Nonostante l'immenso spazio tra le stelle sia più vuoto del vuoto più spinto mai ottenuto sulla Terra, esso è riempito da un mezzo estremamente rarefatto detto mezzo interstellare. Ha una densità estremamente piccola: un solo atomo in 10 cm 3 (per confronto, l'aria che respiriamo contiene circa molecole in 1 cm 3 ). E costituito per il 99% da gas: idrogeno, elio e una piccola percentuale di elementi più pesanti; il resto è rappresentato da una miscela di minute particelle solide, dette grani interstellari o polvere cosmica. Vediamo dove si colloca il mezzo interstellare nella nostra Galassia. La Materia interstellare Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

3 La nostra Galassia Un anno luce è la distanza percorsa dalla luce in un anno. Considerando che la luce si muove alla velocità di circa Km/s, un anno luce equivale a 9,46 milioni di milioni di Km. Un parsec equivale a 3,26 anni luce. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

4 Distribuzione della polvere nella nostra Galassia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

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6 Il primo tentativo di descrivere la forma della Via Lattea e la posizione del Sole al suo interno venne effettuato nel 1785 da Herschel, che contò accuratamente il numero di stelle presenti in differenti parti del cielo. Forma della nostra Galassia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

7 Usando un metodo perfezionato, Jacobus Kapteyn arrivò nel 1920 a descrivere una piccola galassia ellissoidale (diametro circa 15 kiloparsec), con il Sole vicino al centro. Forma della nostra Galassia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

8 Un metodo differente introdotto da Harlow Shapley, basato sulla posizione degli ammassi globulari, dette un risultato completamente differente: un disco piatto, del diametro di circa 70 kiloparsec, con il Sole molto lontano dal centro. Forma della nostra Galassia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

9 Entrambe le tecniche non prendevano in considerazione la presenza della polvere interstellare nel piano galattico. Dopo che Robert Julius Trümpler quantificò tale presenza nel 1930, nacque la descrizione odierna della nostra galassia. Forma della nostra Galassia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

10 Il Gas Interstellare Il gas interstellare è composto per circa il 99% da idrogeno, presente sia allo stato atomico che molecolare. Tuttavia, nello spazio interstellare, sono state osservate diverse molecole, anche molto complesse. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

11 Abbondanze delle molecole interstellari rispetto all idrogeno. Il numero tra parentesi indica il logaritmo in base 10 dellabbondanza della molecola considerata: ad esempio (-8) si deve leggere Con lasterisco sono indicate alcune molecole di interesse biologico.

12 La Polvere Interstellare Storicamente il primo tentativo serio di determinare l'origine e la composizione della polvere cosmica fu fatto dall'astronomo olandese H. Van de Hulst. Egli nel 1949 suggerì che la polvere fosse costituita da particelle di ghiaccio con tracce minime di altre sostanze come l'idrogeno molecolare, l'ammoniaca e il metano. Secondo Van de Hulst le particelle si formavano per condensazione della materia interstellare. Oggi si ritiene, senza escludere del tutto la presenza di ghiaccio, che la composizione della polvere interstellare sia prevalentemente unaltra. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

13 La Polvere Interstellare E ormai assodato che nello spazio interstellare coesistono particelle di diversa composizione. Attualmente si ritiene che circa il 60% della massa totale della polvere presente nel mezzo diffuso consista di silicati amorfi. La rimanente parte dovrebbe essere costituita da sostanze carbonacee (grafite e carbone amorfo), nonché da materiali organici refrattari che formano la parte esterna dei grani detti core-mantle, costituiti da un nucleo generalmente silicatico rivestito da un mantello più o meno spesso. Nulla di nuovo rispetto ai materiali terrestri. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

14 La Polvere Interstellare La struttura dei grani è ritenuta essere amorfa (o policristallina) piuttosto che cristallina. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

15 Grani di Polvere Interstellare Dimensione: ÷ m Massa : ÷ g Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

16 Proprietà del Mezzo Interstellare Per comprendere le proprietà del mezzo interstellare dobbiamo capire come materia e radiazione interagiscono Faremo quindi una breve panoramica sul modello atomico e parleremo per sommi capi di Assorbimento, Emissione Eccitazione e Ionizzazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

17 La Radiazione è conosciuta come … Onde Elettromagnetiche Fotoni: particelle di luce Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

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19 Schematizzazione del Modello atomico Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

20 La rampa è un esempio di situazione continua Come nel caso di una scala lenergia di un atomo è quantizzata Modello atomico: quantizzazione dellenergia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

21 Ma i livelli di energia (gradini) non sono equispaziati Stato Fondamentale Livello 1 Livello 2 Livello di Ionizzazione Modello atomico: quantizzazione dellenergia Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

22 Stato Fondamentale Livello 1 Livello 2 Livello di Ionizzazione Modello atomico: eccitazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

23 Stato Fondamentale Livello 1 Livello 2 Livello di Ionizzazione Modello atomico: diseccitazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

24 Modello atomico: eccitazione - diseccitazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

25 eccitazione per collisione ed emissione di radiazione eccitazione per assorbimento di radiazione e conseguente emissione La radiazione emessa in funzione della lunghezza donda determina lo spettro di emissione. Modello atomico: eccitazione - diseccitazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

26 Stato Fondamentale Livello 1 Livello 2 Livello di Ionizzazione Modello atomico: ionizzazione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

27 Stato Fondamentale Stato EccitatoStato Ionizzato Modello atomico Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

28 Radiazione emessa da una stella Una stella emette radiazione su tutte le possibili lunghezze donda. Questultimo tipo di spettro è detto continuo o anche radiazione di corpo nero. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

29 Interazione radiazione materia Spettro di assorbimento Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere Spettro di emissione

30 Assorbimento ed Estinzione Interstellare Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere Lunga lunghezza donda Luce rossa Corta lunghezza donda Luce blu Minore intensità La maggior parte delle corte lunghezze donda è diffusa lontano rispetto alla direzione iniziale La luce rossa attraversa più facilmente le polveri Polvere

31 Assorbimento ed Estinzione Interstellare Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

32 Ciclo di Vita di un Granello di Polvere Interstellare I grani di polvere cosmica hanno un loro ciclo vitale: nascono, si evolvono e infine muoiono. La maggior parte della polvere presente nella Galassia è prodotta nelle atmosfere di stelle fredde in cui si determinano le condizioni di temperatura, densità e pressione necessarie per la formazione di particelle solide. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

33 Stadi Evolutivi di una Stella Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

34 Stadi Evolutivi di una Stella Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

35 I grani sono espulsi dalla stella con una velocità di 1000 km/s ma il loro viaggio fra le stelle dura ben poco: ben presto entreranno a far parte di una nube! Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere Ciclo di Vita di un Granello di Polvere Interstellare

36 Importanza della Polvere Interstellare I grani di polvere: agiscono come catalizzatori per la formazione delle molecole di idrogeno preservano le molecole allinterno delle nubi interstellari determinano la temperatura delle nubi permettono la formazione di nuove stelle Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

37 La Polvere Interstellare Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

38 La Polvere Interstellare Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

39 MEZZO INTERSTELLARE MEZZO INTERNUBE T g K n H 0.1 cm - 3 NUBI INTERSTELLARI d 10 pc NUBI OSCURE T d 100 K T d 50 K n H = cm -3 M 10 3 M s NUBI MOLECOLARI T g < 100 K T d 10 K n H = cm -3 d 100 pc Classificazione del mezzo interstellare NUBI T g < 100 K n H cm -3 NUBI CIRCUMSTELLARI d 1 pc NEBULOSE PLANETARIE T g 10 4 K T d = K M < 0.1M s d 0.1pc DISCHI CIRCUMSTELLARI T d = K M 0.1 M s d < 0.05 pc INVILUPPI CIRCUMSTELLARI T g K T d = K M < 0.1M s d < 0.1pc NEBULOSE LUMINOSE (NEBULOSE DIFFUSE) T g 10 4 K T d = K n H = cm -3 M 10 3 NEBULOSE IN EMISSIONE ( REGIONI HII) NEBULOSE IN RIFLESSIONE GLOBULI T g 100 K T d 10 K n H = cm -3 d 1pc

40 Ed ora, dopo tante parole, lasciamoci affascinare dai meravigliosi spettacoli che ci offre il cosmo! Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

41 Costellazione di Orione Nebulosa di Orione Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

42 Nebulosa di Orione

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45 Trifida

46 CB 107

47 Globuli

48 M57 Nebulosa ad anello nella costellazione della Lira

49 Nebulosa del Granchio nella costellazione del Toro

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51 Barnard 68 Viaggio allinterno di una nube oscura Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere

52 Conclusioni Studiando i processi fisici osservati nelle nubi interstellari, gli astronomi sperano di chiarire i meccanismi di base che determinano comportamento, composizione ed evoluzione del mezzo interstellare e, in un'ottica ancora più ampia, sperano di comprendere più profondamente la successione di eventi che portano alla formazione delle stelle e quindi anche dei pianeti. Lo studio del mezzo interstellare in laboratorio è particolarmente difficile perché la chimica di laboratorio è caratterizzata da temperature di 300 K o più e da densità di particelle/cm 3, mentre la chimica interstellare è caratterizzata da temperature assai più basse, dellordine di 10 K e da densità enormemente inferiori, da 10 a 10 7 particelle/cm 3. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005 Polvere di Stelle: laffascinante viaggio di un granello di polvere


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