Astronomia Astrofisica Cosmologia “Una veloce passeggiata fra le stelle….” Osservatorio Astronomico di Bologna Via Ranzani 1 www.bo.astro.it Direttore: Flavio Fusi Pecci, 051-2095766

L’Universo .....

... più di 13 miliardi di anni luce ….è molto grande ... più di 13 miliardi di anni luce circa 100,000,000,000,000,000,000,000 di chilometri L'anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno 300.000 km/s x 60 sec x 60 min x 24 ore x 365 giorni = = 9.460 miliardi di chilometri

Plutone dista 40 A.U. dal Sole, circa 5,30 ore luce. Il lato di una stanza è di circa 10 metri, e la luce impiega circa 30 nanosecondi per percorrerlo. Il raggio della Terra misura 6378 km, e in secondo la luce potrebbe percorrere 7 volte la sua circonferenza. La Luna è lontana dalla Terra 1,25 secondi luce, circa 30 diametri terrestri. Il Sole dista dalla Terra 8 minuti e 20 secondi luce (1 A.U., circa 150.000.000 km). Plutone dista 40 A.U. dal Sole, circa 5,30 ore luce. La stella più vicina è a 4,5 anni luce. Il centro della Via lattea si trova a 25.000 anni luce da noi. Una dimensione della grandi galassie, come la nostra, è di circa 100.000 anni luce. La galassia di Andromeda si trova a circa 2.000.000 anni luce. Il più vicino ammasso di galassie si trova a 50.000.000 di anni luce. Gli oggetti più lontani osservati si trovano a oltre 10.000.000.000 anni luce.

….e rappresentato da grandi numeri La temperatura varia tra -270 e 10.000.000.000 o C. L’intensità dei campi magnetici varia tra 0,000000001 e 1.000.000.000.000 Gauss. In una galassia ci possono essere tra 10.000.000.000 e 1.000.000.000.000 di stelle Le galassie sono almeno 1.000.000.000.000

Gli astronomi sono dei “detective” alla ricerca del suo codice a barre

Alla ricerca del codice a barre dell’universo

Chi sono i testimoni ? ….. e i sospetti ? I testimoni o i sospetti sono i punti luminosi che si trovano in cielo, che sono chiamati pianeti, stelle, galassie, etc. Come interrogare un sospetto che si trova ad una distanza di centinaia, migliaia, miliardi di anni luce?

Porta le informazioni lo spettro elettromagnetico (e non solo…) Alle frequenze più alte abbiamo i raggi gamma, i raggi X e la luce ultravioletta. La radiazione infrarossa, le microonde e le onde radio occupano la regione a bassa frequenza dello spettro. Nel mezzo, su un intervallo di frequenze molto stretto, troviamo la luce visibile. La luce visibile è costituita da onde elettromagnetiche (cioè vibrazioni di campi elettrici e magnetici) che si propagano nello spazio.

I diversi volti della Via Lattea radio infrarosso luce visibile raggi X raggi gamma

e degli uomini Infrarosso Forse è meglio la luce visibile Raggi X

La luce visibile Oltre ad avere la capacità di illuminare gli oggetti vicini a noi, la luce visibile ci fornisce importanti informazioni sulla natura (fisica, chimica, etc.) degli oggetti dell’universo

Ammassi galattici Gli ammassi globulari sono concentrazioni di stelle, da diecimila a un milione, molto vecchie. Gli ammassi aperti sono oggetti giovani e contengono quindi molte stelle calde e luminose. Sono tenuti assieme dalla mutua attrazione gravitazionale

Formazione ed evoluzione delle galassie Le galassie hanno subito una profonda evoluzione dal tempo della loro formazione. In particolare le grandi galassie crescono “cannibalizzando” piccole galassie.

Nuclei galattici Il nucleo di una galassia è come un profondo pozzo. Facile caderci, difficile uscirne. Gas e stelle si accumulano nel centro. Negli anni ‘60 la scoperta dei Quasar e di enormi Buchi Neri. Anche al centro della nostra Galassia si trova un Buco Nero 3 milioni di volte più grande del Sole.

Le grandi strutture dell’universo Un esempio: Coma cluster Distanza 300 milioni anni luce Dimensione 20 milioni anni luce Contiene migliaia di galassie

Gamma Ray Burst I Gamma Ray Burst (GRB) sono misteriosi fenomeni che hanno origine nel lontano universo. Si pensa siano legati alla formazione di stelle ai neutroni e ai buchi neri.

All’inizio era “tutto in un punto!” “Le Cosmicomiche” di Italo Calvino

Le evidenze in favore del “Big Bang” L’espansione dell’Universo La presenza di una radiazione fossile che permea tutto in maniera omogenea ed isotropa La nucleosintesi e la composizione chimica dell’universo primordiale e delle stelle che oggi osserviamo

La storia dell’universo

L’universo conserva traccia dell’esplosione Una radiazione elettromagnetica omogenea ed isotropa a ~ 3 0K (circa -270 °C) che permea l’intero universo … ma con “lievi increspature”

La radiazione cosmica di fondo Circa 400.000 anni dopo il Big Bang, l’universo è diventato trasparente, e la radiazione ha potuto propagarsi liberamente: la sua temperatura attuale è di circa 2,7 gradi Kelvin (cioè -270 grade centigradi). In questa radiazione vediamo le tracce delle fluttuazioni che hanno dato origine alle strutture che osserviamo oggi.

Le scoperte piu’ recenti C’e un nuovo tipo di materia che non conosciamo: dall'analisi degli effetti gravitazionali, si può stabilire che esiste anche un tipo di materia che noi non possiamo vedere (non produce luce), anzi la maggior parte dell'universo sembra non sia dello stesso tipo di materia di cui sono fatte le stelle. La chiamiamo "materia oscura"

Breaking news! “Ultimissime dall’universo” Distanza z L’ espansione sta accelerando!!! Curve teoriche per vari valori del parametro di accelerazione “energia oscura” (energia del vuoto ??) sta dominando l’evoluzione dell’universo!!!!!

Composizione dell’universo Galassie, stelle, pianeti e gas sono meno del 5% del totale! Il 95% sarebbe materia oscura circa il 25% ed energia oscura circa il 70%!

Materia oscura: i candidati

Hubble, Stazione Spaziale (AMS) INFINITAMENTE PICCOLO GLAST, Planck, LISA INFINITAMENTE PICCOLO < -------------------------------------------------------- > INFINITAMENTE GRANDE INFINITAMENTE PICCOLO INFINITAMENTE GRANDE

Il futuro dell’Universo

Siamo in un universo speciale? Molti indizi suggeriscono che delle condizioni dell’Universo anche solo infinitesimamente differenti avrebbero dato luogo ad un modo inospitale... L’espansione avrebbe potuto essere cosi’ veloce da non consentire la formazione di strutture. Un’espansione appena piu’ veloce non avrebbe permesso altri atomi oltre l’idrogeno Una forza gravitazionale appena piu’ forte (o debole) avrebbe generato stelle totalmente diverse. Una forza elettro-magnetica appena diversa avrebbe prodotto atomi troppo piccoli o troppo grandi...

Si può dire che… … forse esistono altri universi Il nostro universo ha avuto origine dal Big Bang circa 14 miliardi di anni fa La densità media è vicina a quella critica, dunque la geometria dell’universo è (praticamente) piatta (per cui la somma degli angoli di un triangolo fa 180°) Il 25% del contenuto dell’universo è sotto forma di materia oscura e il 70% sotto forma di energia oscura che accelera l’espansione Le osservazioni indicano che l’universo è infinito (senza escludere un universo finito) e che l’universo si espanderà per sempre ma ……. … forse esistono altri universi ….. forse esistono altre dimensioni …. forse il processo di formazione di universi è eterno...

… l’uomo torna al centro? L’Universo deve avere quelle proprietà che in un qualche momento della sua storia permettono alla vita di svilupparsi. Ciò è possibile se esiste un insieme di altri universi, con diversi valori delle costanti fondamentali. Solo negli universi con i valori opportuni (come il nostro) si forma la vita, e solo quegli universi possono essere osservati. … chissà ??

Vorrei cambiare il mio universo Infiniti inizi ? Vorrei cambiare il mio universo Forse il nostro non è l’unico universo. Il Big Bang da cui ebbero origine lo spazio e il tempo che conosciamo potrebbe essere stato solo uno degli infiniti inizi che generano infiniti universi

Altri universi ?

Tanti big bang ? Come il nostro cosmo si e’ enormemente espanso nei primi istanti , lo stesso potrebbe accadere ovunque e in ogni momento. Una infinità distesa di spazio da cui emergono bolle di energia, o big bang, semi di tanti universi.

Due possibili risposte: 1) La “Teoria del Tutto” Una (futura) teoria della fisica che spiega tutti gli aspetti dell’Universo, include queste che sembrano coincidenze Puo’ esistere la Teoria di Ogni Cosa? (TOC) 2) il Principo Antropico Se l’Universo non fosse cosi’ noi non ci saremmo... L’Universo e’ stato fatto per noi... ...esistono INFINITI UNIVERSI, con leggi fisiche diverse. Solo in quella (infinitesima) parte di Universi in cui le condizioni lo consentono, la “vita” e’ possibile... il Multiverso

Verso una teoria super-unificata Progressi recenti, ad es. la: “Teoria delle stringhe a molte dimensioni” E’ possibile arrivare ad una descrizione unificata delle forze in uno spazio a 11 dimensioni: Il nostro spazio-tempo a 4 dimensioni e’ una membrana di questo spazio piu’ ampio Le altre dimensioni non sono facilmente osservabili perche’ “arrotolate” su loro stesse

Gli esperimenti del prossimo futuro Nuove misure su grandissimo campione di Supernovae Nuove misure a precisione ancora maggiore sul Cosmic Microwave Background Anche: ricerca e studio “Buchi Neri” -> Relativita’ Generale Studio oggetti quasi-stellari ad alto redshift

I grandi progetti

Large Binocular Telescope

Agile

Giant Magellan Telescope

Thirty Meter Telescope

E - ELT

Planck telescope

James Webb Space Telescope