Polvere di Stelle L’affascinante viaggio di un granello di polvere Loretta Campeggio Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Lecce

La Materia interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere La Materia interstellare 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. 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. Ha una densità estremamente piccola: un solo atomo in 10 cm3 (per confronto, l'aria che respiriamo contiene circa 3•1019 molecole in 1 cm3). Vediamo dove si colloca il mezzo interstellare nella nostra Galassia. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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 300.000 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

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

Forma della nostra Galassia Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Forma della nostra Galassia 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. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Forma della nostra Galassia Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Forma della nostra Galassia 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. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Forma della nostra Galassia Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Forma della nostra Galassia 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. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Forma della nostra Galassia Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Forma della nostra Galassia 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. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Il Gas Interstellare Il gas interstellare è composto per circa Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

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

La Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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 un’altra. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

La Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

La Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

Grani di Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Grani di Polvere Interstellare Dimensione: 10-9 ÷ 10-7 m Massa : 10-20 ÷ 10-14 g Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Proprietà del Mezzo Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Modello atomico Stato Fondamentale Stato Eccitato Stato Ionizzato Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Radiazione emessa da una stella Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Radiazione emessa da una stella Una stella emette radiazione su tutte le possibili lunghezze d’onda. Quest’ultimo tipo di spettro è detto continuo o anche radiazione di corpo nero. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

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

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

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

Ciclo di Vita di un Granello di Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

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

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

Ciclo di Vita di un Granello di Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Ciclo di Vita di un Granello di Polvere Interstellare 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

Importanza della Polvere Interstellare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Importanza della Polvere Interstellare I grani di polvere: agiscono come catalizzatori per la formazione delle molecole di idrogeno preservano le molecole all’interno 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

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

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

Classificazione del mezzo interstellare NUBI Tg < 100 K nH  20-30 cm-3 MEZZO INTERNUBE Tg  103-104 K nH  0.1 cm- 3 NUBI INTERSTELLARI d  10 pc NUBI CIRCUMSTELLARI d  1 pc NUBI OSCURE Td  100 K Td  50 K nH=10-100 cm-3 M  103 Ms NEBULOSE LUMINOSE (NEBULOSE DIFFUSE) Tg  104K Td = 10-103 K nH=10-100 cm-3 M  103 INVILUPPI CIRCUMSTELLARI Tg  3  103 K Td = 102 -103 K M < 0.1Ms d < 0.1pc NEBULOSE PLANETARIE Tg  104 K Td = 102 -103 K M < 0.1Ms d  0.1pc DISCHI CIRCUMSTELLARI Td = 102-103 K M  0.1 Ms d < 0.05 pc NUBI MOLECOLARI Tg < 100 K Td  10 K nH = 104-107 cm-3 d  100 pc GLOBULI Tg  100 K Td  10 K nH = 104-107 cm-3 d  1pc NEBULOSE IN EMISSIONE (REGIONI HII) NEBULOSE IN RIFLESSIONE

Ed ora, dopo tante parole, lasciamoci affascinare Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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

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

Nebulosa di Orione

Nebulosa di Orione

Nebulosa di Orione

Trifida

CB 107

Globuli

nella costellazione della Lira M57 Nebulosa ad anello nella costellazione della Lira

nella costellazione del Toro Nebulosa del Granchio nella costellazione del Toro

Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere Barnard 68 Viaggio all’interno di una nube oscura Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005

Polvere di Stelle: l’affascinante viaggio di un granello di polvere 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 1019 particelle/cm3, mentre la chimica interstellare è caratterizzata da temperature assai più basse, dell’ordine di 10 K e da densità enormemente inferiori, da 10 a 107 particelle/cm3. Loretta Campeggio - Università degli Studi di Lecce Lecce 20 Gennaio 2005