Le piu’ violente esplosioni INAF-Osservatorio Astronomico di Brera

Presentazione sul tema: "Le piu’ violente esplosioni INAF-Osservatorio Astronomico di Brera"— Transcript della presentazione:

1 Le piu’ violente esplosioni INAF-Osservatorio Astronomico di Brera
Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio astronomico di Brera Universo in fiore Le piu’ violente esplosioni dell’Universo Gabriele Ghisellini INAF-Osservatorio Astronomico di Brera data

2 Viviamo in un periodo fortunato… La nostra stella e’ tranquilla e la nostra atmosfera ci protegge, insieme al campo magnetico terrestre. Negli ultimi anni il clima e’ stato relativamente stabile e questo ha favorito la nascita e lo sviluppo dell’agricoltura. Questo ha permesso di avere una buona riserva di cibo. E questo ha permesso che qualcuno potesse dedicarsi alla scienza. Ma in altre parti dell’Universo le cose non sono cosi’ tranquille….

3 La madre di tutte le esplosioni: il Big Bang
13.7 miliardi di anni fa…

4

5 0.01 secondi dall’inizio Temperatura=100 miliardi di gradi Si formano protoni, neutroni, elettroni e neutrini. Il protone e’ il nucleo dell’idrogeno. Quindi tutto l’idrogeno dell’Universo ha 13.7 miliardi di anni.

6 Nei primi 3 minuti si forma l’elio. Temperatura:~1miliardo di gradi
Nei primi 3 minuti si forma l’elio. Temperatura:~1miliardo di gradi. Non si formano gli altri elementi.

7 dopo qualche miliardo di anni… i semi crescono
100 miliardi di galassie e proto-galassie, disposte in filamenti e “noduli”

8 e adesso… Ellittica Spirale Irregolare Peculiare

9 La via Lattea anni luce Noi siamo qui ~100 miliardi di stelle

10

11 Ogni secondo, il Sole converte in energia una massa di 2 milioni di tonnellate (E=Mc2). Idrogeno  Elio Funziona da 5 miliardi di anni, e continuera’ per altri 4-5 miliardi, quando tutto l’idrogeno del nucleo (10%) sara’ stato “bruciato”. E poi?

12

13

14

15

16

17 Idrogeno  Elio nel nucleo

18 Nana bianca

19 Nana Bianca Raggio: 10.000 km (circa come la terra)
Massa: 0.7 volte quella del sole Alta densità: 1 cucchiaino  1 tonnellata! All’inizio: gradi (bianca). Poi si raffredda (nana bruna).

20 Il sole converte idrogeno in elio. E gli altri elementi
Il sole converte idrogeno in elio. E gli altri elementi? Noi per esempio…

21 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7

22 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65%

23 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18%

24 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10%

25 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10% azoto 3%

26 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10% azoto 3% calcio 1.5%

27 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10% azoto 3% calcio 1.5% fosforo 1.2%

28 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10% azoto 3% calcio 1.5% fosforo 1.2% potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro ~1% 99%

29 Noi siamo fatti di… 1 2 3 4 5 6 7 ossigeno 65% carbonio 18% idrogeno
10% azoto 3% calcio 1.5% fosforo 1.2% potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro ~1% 13.7 miliardi di anni 99%

30 Stelle come il Sole bruciano l’idrogeno del loro nucleo, ma non fanno elementi piu’ pesanti dell’elio. Non e’ stato il Sole a fare gli elementi che ci sono sulla Terra. Non e’ stato il Big Bang. Chi e’ stato?

31 Sole z Puppis Tipo: supergigante blu Distanza: ~1000 a.l.
Massa: 50 Soli Luminosità: Soli Raggio: 20 Soli Temperatura: ° Eta’: ~ 4 milioni di anni Vita: ~ 6 milioni di anni

32 Dopo Prima Le stelle grandi sono a cipolla… Ogni guscio brucia un combustibile diverso e produce energia. Fino a quando si produce il ferro. Oltre no “Il ferro non brucia”. Il combustibile finisce E in fretta! (milioni di anni..)

33 gravita’ pressione

34 gravita’ pressione

35 gravita’ Nucleo di ferro

36 gravita’ Stella di neutroni

37 Onda d’urto

38 >10,000 km/s

39 Supernova 1987a

40 Supernova 1987a

41 Cas A ~ anni luce

42 Keplero anni luce

43 Tycho anni luce

44 Granchio 1054 d.C. astronomi cinesi ~6500 anni luce

45 Siamo vecchi… L’idrogeno del nostro corpo ha 13.7 miliardi di anni
Tutti gli altri elementi sono stati fatti in una stella di grande massa, esplosa piu’ di 5 miliardi di anni fa. Siamo polvere di stelle nel senso letterale del termine.

46 Jocelyn Bell (allora 24enne), dottoranda di Antony Hewish a Cambridge
4 Agosto 1967 Jocelyn Bell (allora 24enne), dottoranda di Antony Hewish a Cambridge bip

47 ROMA 10 km

48 Un cucchiaino: un miliardo di tonnellate
Campo magnetico alla superficie: 1012 (=mille miliardi) di Gauss Terra: ~ 1 Gauss Magnetino da frigo: ~100 Gauss 10 km Non brucia. Come fa ad essere stabile? Rifiuto degli neutroni a stare vicini (meccanica quantistica)

49

50 Pulsar Granchio

51 Se la stella non e’ troppo pesante i neutroni riescono a sostenere la gravita’
Nucleo di ferro

52 Se la stella e’ piu’ pesante la gravita’ vince tutte le resistenze
Buco nero Nucleo di ferro

53 ROMA 10 km 3 km

54 La materia continua a cadere sul buco nero neonato
Una piccola parte della materia, invece, viene espulsa con grande energia. Si formano 2 getti in direzioni opposte, che “bucano” la stella ancora prima che scoppi. E’ il motore piu’ efficiente che conosciamo.

55

56 Gamma Ray Bursts, le esplosioni piu’ potenti dopo il Big Bang
Quando esce dalla stella, il getto ha una velocita’ > % della velocita’ della luce Gamma Ray Bursts, le esplosioni piu’ potenti dopo il Big Bang

57 e tutto in pochi secondi…
Miliardi di anni luce… Record: GRB L’Universo aveva “appena” 630 milioni di anni La loro energia e’: Come 100 Supernovae Come il Sole per 3000 miliardi di anni Come tutta la nostra Galassia per 100 anni e tutto in pochi secondi…

58 Fanno male? Se scoppia una supernova o un gamma ray burst a meno di anni luce da noi…. strato dell’ozono

59 fitoplancton

60 Eta Carinae: 7000 anni luce dalla Terra
Probabilmente non ci sparera’ addosso…

61 Le sorgenti piu’ potenti si vedono anche se sono lontane.
La loro luce ci arriva da un’epoca lontana, quando l’Universo era piu’ giovane. Possiamo usarle per misurare l’Universo? Si’.

62 L’Universo si espandera’ per sempre?
Dal Big Bang l’Universo si sta espandendo Ma la gravita’ tende a frenare Piu’ massa c’e’, piu’ la gravita’ e’ grande

63 “Aperto” o “Chiuso”? Grande massa: gravita’ vince sull’espansione, che alla fine si ferma e l’Universo si ricontrae: Chiuso Piccola massa: l’espansione vince sulla gravita’ e l’Universo si espande per sempre: Aperto Fino al 1998 si pensava che queste fossero le uniche 2 possibilita’

64 Primo passo: candele standard
Come lo scopriamo? Primo passo: candele standard L=100 W Brillante! Debole! vicino lontano

65 Come lo scopriamo? Secondo passo:
Misuriamo la luce ricevuta da una candela standard. Cosi’ troviamo la distanza Misuriamo quando la luce e’ partita (in realta’ misuriamo lo spostamento verso il rosso della sua luce, il redshift)

66 Esempio: Supernova, 5 milardi di anni fa Brillante
piccola espansione, tanta massa Debole grande espansione, poca massa “troppa” espansione ? Che diavolo succede??? Molto debole

67 piccola espansione, tanta massa Brillante, poca distanza
Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ minore Tempo dal Big Bang

68 L’ Universo sta accelerando!!!
“troppa” espansione ? Che diavolo succede??? Molto debole, grande distanza Se una macchina accelera, fara’ piu strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ maggiore L’ Universo sta accelerando!!! Tempo dal Big Bang

69 Dark Energy… L’ Universo sta accelerando
Perche’? Ci deve essere una nuova forma di energia (non massa!), la Dark Energy… Veramente bizzarra: mentre l’universo si sta espandendo, questa energia mantiene la sua densita’ costante (oppure addirittura aumenta): il totale quindi cresce come il volume. Piccolo esperimento... Quanta ce n’e’ adesso???

70

71 E il futuro?

72

73 ?

74 Grazie dell’attenzione e arrivederci…

75

76 piccola espansione, tanta massa Brillante, poca distanza
Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada  la distanza tra noi e la supernova sara’ minore Vel. di espansione Tempo dal Big Bang

77

78 “Open” or “Close”? Big issue up to 1998
Large density: gravity wins over expansion, that eventually stops and the Universe recontracts: Close Small density: expansion wins against gravity, and the Universe expands forever: Open Big issue up to 1998

79

80 Merging of NS+NS or NS+BH
qjet = 0.1 rad; Ljet = erg/s Long GRBs Short GRBs Collapsar (BH+disk) Merging of NS+NS or NS+BH magnetar B~1015 G The millisecond magnetar is a normal NS with a 1 up to 1.5 Msun and an intense magnetic field. The energy available is the rotational energy and it is emitted via dipole emission. The energy budget is satisfied to produce the GRB. However in this model, before the NS settle down to its maximal (millisecond) rotation, there is a phase of accretion (at a rate that can be even of 0.1 Msun/sec) which could lead to the formation of a BH, this must be prevented for this model to work. In the supranova model the delay of the NS to BH transition is regulated by the magnetic field. If normal the timescale is one year, it can be much lower if the B is very high (magnetar like). However, the model was proposed because it can make a clear (baryon free environment) due to the long delay between the SN explosion and the BH formation. About 10-20% of the NS does not form the balck hole but settles into a disk. Then the model for the GRB production is similar to the collapsar. The advantage of the collapsar model is that it can power the GRB for very long time through fallback. This seems to be a requirement in the latest years since the discovery of long emission from GRBs (Flares and tails)

81

82 The Universe is accelerating!!!
Distances are large… too large distance Saul Perlmutter The Universe is accelerating!!! Redshift

83 This is not a Doppler shift !
The wavelength l of the photon is stretched as the Universe expands: REDSHIFT z z = Dl/l 1+z = Rnow/Rthen This is not a Doppler shift !

84 L’universo bambino: appena 300.000 anni di eta’…
Semi delle future galassie piccole differenze di temperatura (una parte su un milione). Piccole, ma importanti…

85 Supernova 1987a anni luce