Nuove strade e scopi della moderna astronomia Piero

Nuove strade e scopi della moderna astronomia Piero Rafanelli 1

Perché lo studio dell’astronomia? Il bello Il mistero Il cielo come laboratorio 2 10 dicembre 2002

I movimenti Il sorgere e il tramontare quotidiano dei corpi celesti I movimenti rispetto alle stelle di sfondo del Sole, della Luna e dei pianeti L’invariabilità di alcune direzioni rispetto a riferimenti terrestri Le periodicità La misura del tempo Il cielo come laboratorio 3 10 dicembre 2002

Il primo rivelatore: l’occhio Osservazioni ad occhio nudo dagli albori della civiltà umana e con i primi telescopi dall’epoca di Galileo Galilei (1610) In entrambi i casi l’occhio resta lo strumento usato per vedere le immagini e il disegno a mano il modo per registrarle Il cielo come laboratorio 4 10 dicembre 2002

Curva di risposta dell’occhio umano Diametro massimo della pupilla al buio circa 7 mm Il cielo come laboratorio 5 10 dicembre 2002

I vantaggi della lastra fotografica Possibilità di lunghe esposizioni Sensibilità a intervalli spettrali non accessibili all’occhio umano (U, B, V, R, I) Possibilità di osservare un grande campo su un unico supporto Facile conservabilità nel tempo Alta risoluzione spaziale Un grosso svantaggio: la saturazione Il cielo come laboratorio 6 10 dicembre 2002

La fotometria La galassia M 33 fotografata al telescopio da 182 cm di Asiago Il cielo come laboratorio 7 10 dicembre 2002

La spettroscopia Introdotta in astronomia nella seconda metà del 1800, segna l’inizio degli studi di fisica applicati ai corpi celesti. E’ un grande progresso: dall’Astronomia Sferica, di posizione, si passa alla moderna Astrofisica Il cielo come laboratorio 8 10 dicembre 2002

Nasce l’Astrofisica Le conquiste del connubio fra Fisica e Astronomia Classificazione spettrale Interpretazione del diagramma H-R Sorgenti di energia nelle stelle Basi dell’evoluzione stellare Scoperta dell’espansione dell’Universo e sua prima datazione Nascita della Cosmologia Il cielo come laboratorio 9 10 dicembre 2002

Classificazione spettrale Il cielo come laboratorio 10 10 dicembre 2002

Il diagramma H-R Il cielo come laboratorio 11 10 dicembre 2002

Sorgenti di energia nelle stelle (1) Ciclo PP Questo processo avviene nel nucleo delle stelle e l’energia liberata ad ogni ciclo è di 26, 7 Me. V = 4, 27 x 10 -5 erg 2 D 3 He 4 He Il cielo come laboratorio 12 10 dicembre 2002

Sorgenti di energia nelle stelle (2) Ciclo CNO Ricordiamo che l’energia per fondere 1 g di ghiaccio = 80 cal 1 cal = 4. 2 x 107 erg Il cielo come laboratorio 13 10 dicembre 2002

Evoluzione stellare Stella a neutroni al centro della nebulosa del Granchio Formazione delle nane bianche Il cielo come laboratorio 14 10 dicembre 2002

Nascita e morte Stella neonata con probabile pianeta, il primo mai “visto” Alla ricerca di nane bianche nell’ammasso globulare M 4 Il cielo come laboratorio 15 10 dicembre 2002

La scoperta dell’espansione dell’Universo Nascita della Cosmologia V = H 0 d Edwin Hubble Il cielo come laboratorio H 0 = 20 km/s milioni di a. l. 16 10 dicembre 2002

Il Quasar più lontano Ripreso con il telescopio giapponese Subaru, questo quasar ha redshift Z=5. 5 Il cielo come laboratorio 17 10 dicembre 2002

Subaru Deep Field Campo di galassie in cui si raggiunge la magnitudine 24. 5 Il cielo come laboratorio 18 10 dicembre 2002

Il quintetto di Stephan Il cielo come laboratorio 19 10 dicembre 2002

I limiti delle osservazioni da Terra Trasparenza dell’atmosfera Seeing Inquinamento luminoso Il cielo come laboratorio 20 10 dicembre 2002

Le nuove strumentazioni da Terra e dallo spazio Sviluppo di nuove tecnologie Il cielo come laboratorio 21 10 dicembre 2002

Gli specchi dei grandi telescopi Il cielo come laboratorio 22 10 dicembre 2002

Da Galileo ai telescopi attuali Come e` migliorato il potere risolutivo dei telescopi ottici con lo sviluppo di nuove tecnologie e la scelta dei siti adatti Il cielo come laboratorio 23 10 dicembre 2002

ESO Very Large Telescope (VLT) EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY (ESO) Quattro telescopi con specchio primario di 8. 2 m f/1. 8 e secondario di 1. 2 m Il cielo come laboratorio 24 10 dicembre 2002

Sito del VLT Cerro Paranal - Cile Il cielo come laboratorio 25 10 dicembre 2002

Le nuove tecnologie (1) OTTICA ATTIVA Correzione della deformazione o spostamento degli specchi primario e secondario dovuti alla gravità, flessione dei tubi ecc. Gli specchi appoggiano su sostegni che, attraverso una analisi computerizzata, imprimono la spinta necessaria a mantenerne ottimale la curvatura. Per poter effettuare queste correzioni si è sviluppata la tecnologia degli specchi molto sottili Il cielo come laboratorio 26 10 dicembre 2002

Le nuove tecnologie (2) OTTICA ADATTIVA La radiazione luminosa (fronte d’onda) proveniente dagli astri viene distorta dalla turbolenza atmosferica e l’immagine risulta confusa Con l’uso di specchi flessibili e controlli sofisticati è possibile aumentare la risoluzione correggendo il fronte d’onda e annullando l’effetto atmosferico come se si osservasse dallo spazio, ma con costi nettamente inferiori! Il cielo come laboratorio 27 10 dicembre 2002

Ottica adattiva Il cielo come laboratorio 28 10 dicembre 2002

Interferometria con il VLT Il cielo come laboratorio 29 10 dicembre 2002

Interferometria Le differenze nel percorso ottico del fascio che raggiunge i diversi telescopi vanno corrette con le linee di ritardo e sincronizzate su un unico ricevitore Il cielo come laboratorio 30 10 dicembre 2002

Interferometria - risultati Il cielo come laboratorio 31 10 dicembre 2002

La radioastronomia Il cielo come laboratorio 32 10 dicembre 2002

Il futuro dei telescopi ottici da Terra Il cielo come laboratorio 33 10 dicembre 2002

California Extremely Large Telescope (CELT) Progetto con specchio di 30 m costituito da 1080 segmenti di 1 m ciascuno Previsto per il 2010 Il cielo come laboratorio 34 10 dicembre 2002

Over. Whelmingly Large (OWL) 10 volte l’area di raccolta di tutti i telescopi mai costruiti (!) Magnitudine limite V=38 Previsti 100 m di diametro, caratteristiche ancora allo studio Il cielo come laboratorio 35 10 dicembre 2002

Quale progresso? Il cielo come laboratorio 36 10 dicembre 2002

Il telescopio spaziale Hubble (HST) Lanciato nel 1990 Collaborazione NASA-ESA 2. 4 m di diametro Orbita quasi circolare a 600 km Privo di disturbi atmosferici Risoluzione 0. 1 arcsec Il cielo come laboratorio 37 10 dicembre 2002

Galassie HST M 51 ESO 510 -G 13 NGC 1409 e 1410 Il cielo come laboratorio 38 10 dicembre 2002

Stelle e nebulose Pistol nebula con la stella forse più massiccia mai vista Onda d’urto attorno a LL Orionis Il cielo come laboratorio Stelle simbiotiche 39 10 dicembre 2002

Pianeti Aurora su Saturno Impatti su Giove dei frammenti della cometa S/L 9 nel 1994 Il cielo come laboratorio 40 10 dicembre 2002

Alte energie Galassia attiva Centaurus A con buco nero Gamma Ray Burst 971214 Il cielo come laboratorio 41 10 dicembre 2002

Ricerca di pianeti extrasolari Il cielo come laboratorio 42 10 dicembre 2002

Il futuro nello spazio Progetto per un telescopio da 6/8 m da porre in orbita nel punto Lagrangiano L 2 dell’orbita terrestre. Sarà dedicato a James Webb, secondo amministratore della NASA e responsabile delle missioni Apollo Il cielo come laboratorio 43 10 dicembre 2002

Le altre lunghezze d’onda: IR, X, gamma Il cielo come laboratorio 44 10 dicembre 2002

Tutti i colori della Via Lattea Il cielo come laboratorio 45 10 dicembre 2002

IRAS Lanciato nel 1986, ha osservato più del 96% del cielo in quattro bande infrarosse centrate su 12, 25, 60 e 100 micron Costellazione del Camaleonte nell’emisfero sud, dominata dall’emissione delle polveri riscaldate dalla radiazione interstellare Il cielo come laboratorio 46 10 dicembre 2002

Satellite per l’infrarosso dell’ESA. ISO Lanciato nel 1995 Camera range 2, 5 -17 micron SWS range 2, 4 - 45, 0 micron LWS range 45 -197 micron Il cielo come laboratorio 47 10 dicembre 2002

Missioni X presenti e future Precise Fe line reverberation m arcsec Spectroscopy Soft X-ray cutoffs imaging Il cielo come laboratorio 48 10 dicembre 2002

Confronto missioni X Il cielo come laboratorio 49 10 dicembre 2002

Chandra Satellite X della NASA Scoperta di due buchi neri nel nucleo di due galassie attive interagenti Schema delle ottiche per raggi X NGC 6240 Il cielo come laboratorio Immagine ottica (HST) 50 10 dicembre 2002

INTEGRAL Satellite per raggi gamma dell’ESA, lanciato nel 2002 Prime immagini Cygnus X-1 Il cielo come laboratorio 51 10 dicembre 2002

Alcuni problemi scottanti Nascita delle stelle Formazione ed evoluzione delle galassie (massa oscura, AGN) Radiazione di fondo e origini dell’Universo Il cielo come laboratorio 52 10 dicembre 2002

Big Bang e radiazione di fondo Nei primi istanti dopo il Big Bang, la temperatura dell'Universo era stata talmente elevata da impedire la formazione di nuclei atomici stabili: i fotoni avevano un'energia media così alta da distruggere ogni possibile legame stabile fra le particelle. L'espansione dell'Universo, però, aveva portato via a un graduale abbassamento della temperatura, fino al punto in cui l'energia dei fotoni non fu più tale da impedire la formazione di nuclei stabili, anche se era ancora sufficientemente elevata da ostacolare la formazione dei primi elementi, impedendo il legame fra gli elettroni e i protoni. Il graduale raffreddamento dell'Universo, fino a una temperatura inferiore ai 4000 gradi sopra lo zero assoluto, aveva segnato la transizione da un'era "dominata dalla radiazione", in cui la maggior parte dell'energia era sotto forma di radiazione, a un'era "dominata dalla materia", in cui la maggior parte dell'energia era, ed è tuttora, intrappolata nella massa. A questo punto l'accoppiamento termico si era rotto e le "storie" della radiazione e della materia avevano preso due vie distinte: in altre parole, radiazione e materia si erano disaccoppiate. L'Universo era diventato trasparente alla radiazione, cosicché i fotoni avevano iniziato a viaggiare indisturbati attraverso distanze sempre maggiori, mentre il processo di aggregazione della materia per collasso gravitazionale, non più ostacolato dall'effetto "viscoso" dovuto all'interazione con la radiazione, aveva portato piano alla formazione delle prime masse, e quindi delle prime stelle. Il cielo come laboratorio 53 10 dicembre 2002

Spettro della radiazione di fondo Nel 1948 Ralph Alpher e Robert Herman, sulla base della teoria da loro sviluppata, previdero l'esistenza di un fondo di radiazione, risalente all'epoca del disaccoppiamento tra materia e radiazione. Secondo i loro calcoli, tale radiazione, ormai rarefatta e raffreddata a causa dell'espansione dell'Universo, aveva una temperatura non superiore ai 5 gradi Kelvin, e doveva essere, in qualche modo, osservabile. Arriviamo al 1964, anno in cui, Arno Penzias e Robert Wilson, per conto del "Bell Telephone Laboratory", utilizzano un'antenna a corno del diametro di 6 metri, allo scopo di misurare l'intensità delle onde radio provenienti dalla Via Lattea. Il cielo come laboratorio 54 10 dicembre 2002

Fluttuazioni della radiazione di fondo scoperte dal satellite COBE Esistenza di piccolissime disomogeneità nella densità iniziale della materia e dell'energia presenti nell'Universo, responsabili della successiva formazione, per effetto della forza gravitazionale, dei superammassi e ammassi di galassie, che noi oggi osserviamo. Il cielo come laboratorio 55 10 dicembre 2002