Breve storia di come si spalancarono le profondita’ del cielo La rete del Cosmo Angela Iovino INAF-Osservatorio astronomico di Brera.

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1 Breve storia di come si spalancarono le profondita’ del cielo La rete del Cosmo Angela Iovino INAF-Osservatorio astronomico di Brera

2 La via Lattea vista dalla cima dell’osservatorio di Mauna Kea

3 La via Lattea nella mitologia … La Dea Nut Origine della Via Lattea (Tintoretto, c. 1570)

4 Nicolò Copernico (1473-1543) De Revolutionibus 1543

5 Nicolò Copernico (1473-1543) Principio Copernicano: la terra non occupa un posto speciale nell’universo.

6 Quando abbiamo cominciato ad avere un’idea delle dimensioni del Cosmo?

7 1- Osserviamo dalla Terra … Noi

8 2- Gli oggetti che osserviamo sono molto deboli … Venere 10’000 fotoni Andromeda 1 fotone Galassie piu’ distanti 1 fotone Andromeda 1’000’000 fotoni Venere 10’000’000’000 fotoni

9 3- Gli oggetti che osserviamo sono molto lontani … Luna  Terra 1.25 secondi Sole  Terra 8 minuti Andromeda  Terra 2.5 milioni di anni guardare lontano nello spazio  guardare lontano nel tempo Velocità finita di propagazione della luce

10 guardare lontano nello spazio  guardare lontano nel tempo Telescopio  macchina del tempo!

11 Semplice metodo geometrico di determinazione delle distanze la Parallasse

12 Semplice metodo geometrico di determinazione delle distanze Distanza Marte-Terra Gian Domenico Cassini (1625-1712)

13 Semplice metodo geometrico di determinazione delle distanze Friedrich W. Bessel (1784-1846) Le parallassi stellari misurate da terra Distanza 61 Cyg-Terra

14 Semplice metodo geometrico di determinazione delle distanze Usando questi metodi non si esce dal cortile di casa! Max ~ 330 anni luce

15 Il telescopio Leviatano di lord Rosse 1845

16 Il telescopio Leviatano di lord Rosse 1845

17 Il telescopio Leviatano di lord Rosse 1845 M51M99 ~2000

18 Un avanzamento tecnologico permise il salto di qualita’ nelle osservazioni …

19 Prima immagine della luna di Henry Draper: daguerrotipo del 1839 Un avanzamento tecnologico permise il salto di qualita’ nelle osservazioni …

20 Edward Pickering (1846-1919) Harvard Observatory ca. 1890 Arequipa Observatory fine ‘800

21 Raccolta sistematica di lastre del cielo La costellazione della Croce del Sud

22 Le donne calcolatrici di Harvard (inizi ‘900)

23 “Capable of doing as much good routine work as astronomers who would receive larger salaries. Three or four times as many assistants can thus be employed and the work done correspondingly increased … “ Pickering – 1898 L’harem di Pickering (Harvard 1913)

24 Henrietta Leavitt (1868-1921)

25 Le Nubi di Magellano

26 Henrietta Leavitt (1868-1921) La Piccola Nube di Magellano

27 Henrietta Leavitt (1868-1921)

28 Tempo Luminosita’ Henrietta Leavitt (1868-1921)

29 Il concetto di candela standard

30 Relazione Periodo-Luminosita’ Periodo  Luminosita’  … … Distanza

31 Nel frattempo nuove scoperte … Un fenomeno che tutti conosciamo

32 Nel frattempo nuove scoperte … Lo Spettro continuo che esce dall’interno incontra l’atmosfera alla superficie della stella Lo Spettro che osserviamo e’ passato attraverso l’atmosfera stellare … … acquisendo le righe di assorbimento scure !

33 Lo spettro del Sole Le righe corrispondono agli assorbimenti prodotti da diversi elementi (idrogeno, elio etc. )

34 Lo spettro di una nebulosa a spirale Le stesse righe ma spostate rispetto a quelle misurate in laboratorio !

35 Effetto Doppler per le onde sonore

36 Effetto Doppler per le onde luminose

37 Lo spostamento delle righe spettrali è subito interpretato come effetto Doppler

38 Misure di V. Slipher (AAS - 1914) delle nebulose

39 1917 Telescopio Hooker a Mt. Wilson 2.5 mt di diametro e tecnologia nuova 1919 Edwin Hubble arriva a lavorare a Mt. Wilson

40 Edwin Hubble (1889-1953) ca. 1920 Andromeda e’ un sistema stellare esterno alla nostra galassia !

41 Edwin Hubble (1889-1953) Andromeda e’ un sistema stellare esterno alla nostra Galassia ! Copernico (XV sec.) La nostra Galassia non e’ tutto l’Universo! (ca. 1920)

42 Hubble nel 1929 usando le Cefeidi e la legge di Leavitt per calibrare le distanze fa una scoperta incredibile! Distanza delle galassie Velocita’ di allontanamento delle galassie

43 v = H 0 x d La recessione delle galassie (1929-1931) H 0 : Costante di Hubble

44 Inizia la cosmologia moderna:  Viviamo in un Universo in espansione

45 Einstein in visita a Mt Wilson (1931)

46 Universo in espansione

47 Inizia la cosmologia moderna:  Viviamo in un Universo in espansione  Viviamo in un Universo che ha avuto un inizio = che e’ esistito per un tempo finito

48 La costante di Hubble  e’ necessaria per misurare la scala delle distanze = quanto son distanti le galassie che osserviamo ?  e’ necessaria per misurare la scala dei tempi = quale e’ l’eta’ dell’Universo? t ≈ d = 1 v H 0

49 L’evidenza osservativa dell’espansione dell’Universo data ormai quasi 80 anni, ma e’ solo da circa 10 anni che conosciamo finalmente la misura precisa di Ho! Telescopio spaziale Hubble

50 Valore di H 0 Data (+1900) Dalle prime misure di Hubble fino ad oggi c’e’ stato un calo di un fattore ~10 nelle nostre misure …

51 1984 … la determinazione della costante di Hubble diventa uno dei progetti fondamentali del telescopio spaziale Hubble ! Si ricomincia dalle Cefeidi: ancora gli indicatori di distanza piu’ affidabili!

52 1984 … la determinazione della costante di Hubble diventa uno dei progetti fondamentali del telescopio spaziale Hubble ! Si ricomincia dalle Cefeidi: ancora gli indicatori di distanza piu’ affidabili! Con il telescopio spaziale Hubble si raggiungono Cefeidi a distanze prima inesplorate. Wendy Freedman Henrietta Leavitt ne aveva misurate 25! Con il telescopio spaziale Hubble si raggiungono Cefeidi a distanze prima inesplorate.

53 2001 – quasi a 20 anni dall’inizio si conclude il progetto. Valore di H 0 misurato da Hubble: ~180 km/sec per milione di anni luce Distanza 1 milione anni luce Distanza 3 milioni anni luce Distanza 2 milioni anni luce v ~ 180 km/secv ~ 540 km/sec v ~ 360 km/sec Valore di H 0 misurato dal telescopio spaziale Hubble: ~22 km/sec per milione di anni luce 8 milioni ! 16 milioni ! 24 milioni !

54 Lo spettro delle galassie Il codice a barre che per ciascuna galassia ci permette di misurarne la distanza !

55 Possiamo effettuare precise cartografie dell’Universo! Margaret Geller John Huchra CfA Survey – c. 1990

56 Negli ultimi 10 anni abbiamo allargato di molto la porzione di Universo di cui abbiamo una cartografia precisa, anche grazie a strumenti che ci permettono di misurare lo spettro di centinaia di galassie simultaneamente!

57 La ragnatela della distribuzione delle galassie vicine Via Lattea Galassie più vicine (meno di 140 milioni di anni luce da noi) Galassie a distanze comprese tra 140 e 570 milioni di anni luce Galassie a distanze comprese tra 570 e 1400 milioni di anni luce

58 TELESCOPIO 2.5 m: Con una sola posa spettrografo: ~600 oggetti camera: 8x area luna piena ALCUNI NUMERI: ¼ del cielo 1.000.000 galassie 10.000 gradi quadrati

59 Possiamo effettuare precise cartografie dell’Universo! Abbiamo delle informazioni sulla distribuzione spaziale delle galassie quando l’Universo aveva 1/3 dell’eta’ che ha adesso e oltre …

60 da 7 a 10 miliardi di anni fa da 3 a 7 miliardi di anni fa da oggi a 3 miliardi di anni fa da 7 a 10 miliardi di anni fa da 3 a 7 miliardi di anni fa TEMPO COSMICO Possiamo ambire a ricostruire la storia evolutiva delle galassie

61 Le collaborazioni per effettuare queste osservazioni coinvolgono centinaia di persone e decine di istituti in tutto il globo!

62 Oggi siamo consapevoli che le galassie sono solo la punta dell’iceberg! La parte luminosa dell’universo non e’ tutto quello che c’è ….

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64 Oggi siamo consapevoli che le galassie sono solo la punta dell’iceberg! La parte luminosa dell’universo non e’ tutto quello che c’è … La materia che emette luce è solo il 4% della materia totale che entra nel bilancio cosmico!

65 E riprodurre con simulazioni accurate la formazione di queste strutture nel tempo !

66 Il concetto di lampadina standard

67 Quando abbiamo cominciato ad avere un’idea delle dimensioni del Cosmo? Un avanzamento tecnologico permise il salto di qualita’ nelle osservazioni … Prima immagine della luna di Henry Draper: daguerrotipo del 1839

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70 v = H x d La recessione delle galassie (1929-1931)

71 Universo in espansione

72 Datazione di meteoriti/rocce: limite inferiore età dell’Universo Molto maggiore di quella stimata dall’espansione!

73 Scala dei tempi dalla Legge di Hubble

74 Risultati dello HST Key Project per la misura di Ho (1997) Ho=73+/-6 km/sec/Mpc

75 Valore di H 0 Data (+1900) Calo di un fattore 2 negli anni 50 grazie alle misure di W. Baade … ne’ Hubble ne’ Leavitt sapevano dell’esistenza di due distinte popolazioni di Cefeidi di diversa luminosità! W. Baade

76 Valore di H 0 Data (+1900) Poi situazione di stallo fino agli anni ’80 … Sandage & Tamman VanDenBergh & DeVaucouleurs H 0 ~ 50 H 0 ~ 100

77 Hubble nel 1927 propose un sistema di classificazione delle galassie

78 Grazie a strumenti che ci permettono di misurare lo spettro di centinaia di galassie simultaneamente!

79 Scala dei tempi dalla Legge di Hubble v = H 0 x d t ≈ d = 1 v H 0

80 v = H 0 x d La Legge di Hubble (1929-1931) Valore di H 0 misurato da Hubble: ~180 km/sec per milione di anni luce

81 Nel frattempo nuove scoperte … Un fenomeno che tutti conosciamo

82 Sistema Tolemaico: la terra è al centro dell’universo noto