Corso di Astronomia, Lezione 4: L’Universo violento Daniele Gasparri Lezione 4 : 01/03/2013 Asteroidi, Supernovae, Pulsar, Quasar, Lampi gamma, Onde gravitazionali www.danielegasparri.com info@danielegasparri.com 1 Enzo Benda & Mauro Bifani 2009 1

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un posto tranquillo? Una notte stellata, lontano dalle luci delle città, sembra quanto di più tranquillo e rilassante possa esserci nelle nostre vite… 2

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un posto tranquillo? Eppure l’Universo può essere un posto molto violento, anche se noi non ce ne accorgiamo…. In effetti se ce ne rendessimo conto, magari senza essere neanche appassionati del cielo, probabilmente non sarebbe un segnale positivo… 3

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un ambiente pericoloso Attraverso eventi violenti l’Universo si evolve continuamente. Sono questi, spesso isolati o unici (come il Big Bang) a produrre i cambiamenti maggiori. 4

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un ambiente pericoloso Non bisogna andare lontano nello spazio per scoprire la violenza dell’Universo. Questa calma è solo apparente. Se questo è un grande impatto, cosa dire di…? 5

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un ambiente pericoloso …Questo? La Luna è nata a causa di uno scontro epico tra due pianeti: la giovane Terra e un corpo celeste grande quanto Marte, che ne ha letteralmente staccato un pezzo. 6

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo violento: la formazione della Luna Scontrandosi ad almeno 70 mila chilometri l’ora, il pianeta più piccolo si è vaporizzato, la Terra si è completamente fusa per migliaia di anni e i detriti hanno formato la Luna. 7

Corso di Astronomia, Lezione 4 Impatti: catastrofi o risorse? Eppure dobbiamo essere grati a quell’impatto gigantesco perché ha cambiato l’inclinazione dell’asse e lo ha stabilizzato, impedendo sconvolgimenti climatici pericolosissimi per la futura vita. 8

Corso di Astronomia, Lezione 4 Impatti: catastrofi o risorse? E dobbiamo essere grati anche alle decine di migliaia (o milioni?) di altri asteroidi e comete per aver portato l’acqua su un pianeta completamente asciutto 9

Corso di Astronomia, Lezione 4 L’Universo: un ambiente ben più violento! Sebbene catastrofica, l’energia sprigionata da un impatto di un meteorite, per quanto grande sia, è ben poca cosa rispetto alle grandi energie in gioco nell’Universo… Un impatto come quello che ha generato la Luna ha prodotto a malapena l’energia che nel Sole si genera in un secondo, ogni secondo per 10 miliardi di anni! 10

Corso di Astronomia, Lezione 4 Stelle cannibali Alcune stelle trascorrono la loro vita insieme, convivendo pacificamente per molto tempo, fino a quando una delle due non decide di mangiare letteralmente l’altra La materia ingoiata può generare esplosioni violentissime che rischiano di distruggere la stella stessa e tutto il sistema 11

Corso di Astronomia, Lezione 4 Le supernovae Una stella è invisibile anche con i grandi telescopi persino nelle galassie più vicine. Ma casualmente, in qualche galassia sparsa per l’Universo, a un certo punto compare un misterioso astro che può diventare più brillante della stessa galassia. Questa è una supernova! 12

Corso di Astronomia, Lezione 4 Le supernovae Una stella almeno 8 volte più massiccia del Sole esaurisce tutto il carburante, poi esplode improvvisamente liberando un’energia spaventosa e spazzando via tutto quello che c’è nel raggio di migliaia di miliardi di chilometri Al posto del nucleo resta un buco nero: un oggetto senza pietà che fagociterà tutto quello che passerà nelle sue vicinanze 13

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quanto è violenta una supernova? Una supernova può raggiungere l’energia di 200 miliardi di stelle ed è visibile fino a miliardi di anni luce di distanza, anche con telescopi amatoriali. 14

Corso di Astronomia, Lezione 4 E se esplodesse nella Via Lattea? In una galassia come la Via Lattea le supernovae sono rare, circa una ogni 50-100 anni. Nel corso della storia alcuni fortunati osservatori ne hanno avvistate. Quella del 1054 D.C. divenne così luminosa da essere visibile anche di giorno. Se siamo fortunati vedremo esplodere Betelgeuse. Posta a circa 640 anni luce, diventerebbe più luminosa della Luna piena per un paio di mesi! 15

Corso di Astronomia, Lezione 4 Pulsar e stelle di neutroni Se la stella non è abbastanza massiccia, ma comunque almeno 5 volte più grande del Sole, la supernova genera una stella di neutroni, un enorme nucleo atomico di 10-15 chilometri di diametro che ruota anche più di 50 volte al secondo 16

Corso di Astronomia, Lezione 4 Pulsar e stelle di neutroni Le stelle di neutroni che ruotano velocemente emettono ai poli un intenso getto di raggi X e onde radio visibile fino a migliaia di anni luce di distanza: sono le pulsar, gli orologi più precisi dell’Universo Ma questi eventi accadono anche oggi nella nostra Via Lattea. Gettando lo sguardo più lontano, possiamo scoprire qualcosa di molto più violento… 17

Corso di Astronomia, Lezione 4 I quasar: lontani messaggeri A partire dagli anni 50 gli astronomi hanno cominciato a scoprire nel cielo strani oggetti puntiformi come le stelle che però emettevano una grande quantità di onde radio 18

Corso di Astronomia, Lezione 4 I quasar: lontani messaggeri Sparsi casualmente nel firmamento, queste radio stelle non seguivano la disposizione degli astri della Via Lattea. Al telescopio apparivano inoltre estremamente deboli e rosse. 19

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: quasi stelle I primi spettri, ottenuti per determinare le principali proprietà chimiche e fisiche spiazzarono tutti L’emissione della luce dei quasar è molto diversa da quella delle stelle. Cosa sono? E dove si trovano? 20

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: quasi stelle ai confini dell’Universo L’analisi accurata degli spettri mostrava che si trovano tutti a enormi distanze dalla Terra, almeno a due – tre miliardi di anni luce. Com’era ed è possibile osservare una “stella” a miliardi di anni luce, quando una normale è già invisibile poche centinaia di migliaia di anni luce? 21

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: quasi stelle ai confini dell’Universo …Semplice: non possono essere stelle! Ecco perché sono stati chiamati QUASi stellAR radio objects. Prima di sapere cosa sono, una cosa è certa: se i quasar si trovano così lontano e sono visibili anche con un telescopio amatoriale, devono emettere l’energia di miliardi di stelle come il Sole! Quale processo può spiegare un’energia così spaventosamente alta di un oggetto compatto? 22

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: il mistero si infittisce Studi sulla variazione di luminosità permisero di determinare le dimensioni: circa 50 miliardi di chilometri in media. Com’è possibile che in uno spazio grande metà Sistema Solare ci sia un oggetto che emette l’energia di 100 miliardi di stelle? 23

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: mistero risolto? Dopo diversi decenni di studi, quasi tutti gli astronomi concordano sul fatto che i quasar sono nuclei estremamente brillanti di remote galassie, risalenti a un’epoca dell’Universo ormai fortunatamente finita… Tutti i quasar si trovano al centro di una galassia, che a volte è troppo debole per essere vista 24

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: perché sono brillanti? I quasar sono giganteschi buchi neri che fagocitano enormi quantità di materia (nebulose, stelle, pianeti). Accelerata fino a quasi la velocità della luce, la materia forma un disco, si scalda ed emette un’enorme quantità di energia, visibile fino a enormi distanze. Un quasar riesce a mangiare anche la materia equivalente a più di una stella ogni secondo! 25

Corso di Astronomia, Lezione 4 Quasar: fossili di un Universo violento Un dato è certo: non ci sono più quasar entro un miliardo di anni luce di distanza. Perché? Perché dopo miliardi di anni di laute abbuffate non c’è più materia da fagocitare (non così tanta). Anche il buco nero della nostra galassia era un quasar miliardi di anni fa, ora si è fortunatamente spento. 26

Corso di Astronomia, Lezione 4 I gamma ray burst: il mistero più violento Negli anni 60, in piena guerra fredda, gli americani lanciarono dei satelliti, chiamati Vela, con il compito di monitorare la Terra per scoprire i test nucleari dei Sovietici attraverso la rilevazione dei raggi gamma associati alle esplosioni nucleari 27

Corso di Astronomia, Lezione 4 I gamma ray burst: un altro mistero violento In poco tempo i satelliti Vela scoprirono diverse sorgenti di raggi gamma: era l’inizio di una guerra nucleare o di un mistero astrofisico senza precedenti? 28

Corso di Astronomia, Lezione 4 I gamma ray burst: il mistero più violento Prima di rispondere con una serie di bombe atomiche, gli scienziati militari capirono che con quelle esplosioni di raggi gamma i Sovietici non avevano nulla a che fare: provenivano dal cielo! 29

Corso di Astronomia, Lezione 4 Gamma ray burst: il più grande mistero Contrariamente ai quasar, che erano sorgenti stabili, i gamma ray burst sono vere e proprie esplosioni di raggi gamma che durano al massimo qualche minuto (spesso pochi secondi) prima di sparire per sempre. Nel corso degli anni ne sono stati scoperti migliaia! 30

Corso di Astronomia, Lezione 4 Gamma ray burst: il più grande mistero Oggi sappiamo che in media una volta al giorno, tutti i giorni, un lampo gamma si accende casualmente nel cielo per poi scomparire al massimo dopo pochi minuti. La loro potenza è addirittura superiore a quella dei quasar. I gamma ray burst sono gli eventi più violenti dell’Universo! 31

Corso di Astronomia, Lezione 4 Gamma ray burst: cosa sono? I lampi gamma sono originati da diversi tipi di meccanismi. Ancora non lo sappiamo con certezza, ma le teorie più accreditate sono: La fase iniziale dell’esplosione di stelle molto massicce (almeno 40 volte la massa del Sole) Fusione di due stelle di neutroni Noi vediamo solamente quei lampi che puntano diretti verso la Terra, quindi una frazione minore del 10% rispetto al totale! 32

Corso di Astronomia, Lezione 4 Gamma ray burst: pericoli per la Terra? L’atmosfera della Terra offre un’eccellente protezione per le esplosioni remote, bloccando tutti i raggi gamma. Ma se un lampo gamma associato all’esplosione di una stella dovesse trovarsi entro qualche centinaio di anni luce, potrebbe distruggere gran parte della vita sulla Terra Questo forse è successo 450 milioni di anni fa, quando forse un lampo gamma di una supernova ha sterminato l’85% delle specie viventi terrestri. 33

Corso di Astronomia, Lezione 4 Gli effetti: non solo energia La violenza delle supernovae o della fusione di due stelle di neutroni (o buchi neri) è così grande che non produce solo energia, ma sconvolge anche lo spazio nel raggio di miliardi di anni luce. Le onde gravitazionali sono oscillazioni del tessuto dello spazio – tempo che si modifica a seguito di eventi così violenti Noi non ce ne accorgiamo, ma ogni secondo il nostro spazio si modifica allungandosi e contraendosi a seguito di questi eventi incredibilmente potenti… 34