Skylab La radiazione cosmica di fondo Lezione 3
Skylab La radiazione cosmica di fondo Lezione 3 Cosa abbiamo imparato dalla CBR attraverso le missioni spaziali SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
1984: IRAS Sistema di raffreddamento a 1, 6°K Mappe a 12, 25, 60, 100 m SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Sistemi da vuoto e criogenia spaziale 1970: porous plug SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
La CMB è una radiazione di corpo nero ? Lunghezza d’onda (mm) Brillanza (Mly/sr) 1975 Paul Richards – Berkeley Mappatura a tutte le frequenze intermedie Spettrometri + bolometri Frequenza (1/cm) Palloni stratosferici – 40 km di quota Trasportano fino a 2 ton SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
1989 (lancio) - 1992 (mappe) COBE – FIRAS T= (2, 725 0, 02) K John Mather 2006 Nobel COsmic Background Explorer Far Infra. Red Absolute Spectrometer Copre tutte le tra 0. 1 to 10 mm Bolometro, Spettrometro , sistema ottico per raccolta delle microonde Raffreddati a temperature di 1, 5 K Isotropa entro 10 parti su 1 milione SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
L’UNIVERSO INFLAZIONARIO Alan Guth – anni ‘ 80 SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
L’orizzonte cosmologico ( Universo osservabile) • Guardare • Il nostro lontano nello spazio è guardare lontano nel tempo orizzonte si allarga nel tempo SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
1. Il paradosso degli orizzonti SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Paradosso degli orizzonti (‘ 70) e teoria dell’Inflazione 10 miliardi di anni luce 10 -35 s dopo il Big Bang lo spazio si dilata di 1045 - 1050 volte SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
2. Il problema della piattezza Energia cinetica + Energia potenziale = costante Universo aperto Universo piatto Universo chiuso v= H r Legge di Hubble SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
2. Il problema della piattezza densità = dc densità > dc densità < dc SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
L’Universo dopo l’inflazione SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
L’importanza delle anisotropie Un nuovo interessante equilibrio tra simmetria e rottura della simmetria SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
ANISOTROPIA DI DIPOLO RADIAZIONE PIU’ CALDA RADIAZIONE PIU’ FREDDA • V terra attorno al Sole = 30 km/s • V sole attorno al centro della galassia = 220 km/s • V Galassia verso “Grande attrattore” 600 km/s SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
COBE : Anisotropia di Dipolo V = 369 km/s (1, 3 milioni di km/h) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Come ha avuto origine la complessità del cosmo ? SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Oscillazioni acustiche del plasma primordiale Vincolo fisico di natura temporale: la vita delle onde acustiche nel plasma va dal momento in cui le perturbazioni di densità iniziano ad oscillare a causa della competizione tra gravità e pressione fino al momento in cui la radiazione si disaccoppia. Fotoni piu’ caldi Fotoni piu’ freddi SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
I semi cosmici Isotropa sì entro 10 parti su 1 milione ma anche Tmax = 3 m. K SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Oscillazioni acustiche del plasma primordiale Vincolo fisico di natura temporale: la vita delle onde acustiche nel plasma va dal momento in cui le perturbazioni di densità iniziano ad oscillare a causa della competizione tra gravità e pressione fino al momento in cui la radiazione si disaccoppia. Fotoni piu’ caldi Fotoni piu’ freddi SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Le onde stazionarie Le frequenze delle armoniche dipendono dalla lunghezza della corda ma anche dalle proprietà del mezzo ( velocità di propagazione) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Analisi di Fourier SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Stesse armoniche con ampiezze diverse SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Qual è la musica del cosmo ? SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Onde sonore in un flauto SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Oscillazioni acustiche nell’universo primordiale SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
In 2 D e 3 D è più complesso SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Campionare un segnale SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Altre missioni spaziali Boomerang (ASI ) Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geomagnetics Lanciato nel 1998 - Prime mappe pubblicate nel ‘ 2000 2^ volo 2003 – 3^ volo 2015 WMAP (NASA ) Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Lanciato nel 2001 - Prime mappe pubblicate 11 Febbraio del 2003 continuamente analizzate e raffinate fino al 2010 SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
WMAP: mappa delle anisotropie (2010) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Planck Surveyor (ESA) lanciato 2009 – Switch-off 2013 11 corrugated horn 22 radiometri Sensori bolometrici LFI : da 30 a 70 Ghz HFI : da 100 a 857 Ghz Il satellite più freddo : 0, 1 K !! 50. 000 componenti eletroniche e consuma 1600 W (2 ferri da stiro) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO Frutto della collaborazione di più di 1000 tra scienziati, ingegneri e tecnici
Planck : Mappa delle anisotropie SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Planck vs WMAP SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
La musica del cosmo Esiste un meccanismo che possa sincronizzare le onde acustiche alla stessa frequenza ? L’inflazione è il direttore d’orchestra !! SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Variazioni di temperatura: spettro in frequenza Tutte le macchie di una certa dimensione saranno causate da perturbazio ni della stessa estensione che quindi avranno la stessa frequenza Le macchie avranno dimensioni diverse e comporranno un mosaico di forme simile alla pelle di un leopardo SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Fluttuazioni di temperetura - COBE : Risoluzione angolare di 7° SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Fluttuazioni di temperatura WMAP SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Planck SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Fluttuazioni di temperatura – Esperimenti vari Costante di Hubble nota e densità pari a quella critica SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
L’Universo è piatto SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Position of First Peak Measures the Geometry of the Universe SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
The Relative Height of Second Peak Measures the Density of Baryons SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
The Relative Height of Third Peak Measures the Density of Dark Matter Domination (later times – lower peaks) Photon Domination (earlier times – higher peaks) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
La cosmologia di precisione • Il Big bang è avvenuto 13, 7 0, 1 miliardi di anni fa • L’era della ricombinazione è avvenuta 379 8 migliaia di anni dopo il Big Bang • La costante di Hubble vale 27 4 km/(s Mpsc) • La temperatura della CBR è di 2, 725 0, 02 K • Il rapporto tra il numero di fotoni e barioni è di 1, 6 x 109 • Il parametro di densità dell’Universo vale = 1, 02 0, 02 • …………………. SKYLAB : UNA FINESTRA SUL COSMO
Concludendo La più bella e profonda emozione che possiamo provare è il senso del mistero. Sta qui il seme di ogni arte, di ogni vera scienza. L'uomo per il quale non è più familiare il sentimento del mistero, che ha perso la facoltà di meravigliarsi e umiliarsi davanti alla creazione è come un uomo morto, o almeno cieco [. . . ]. Nessuno si può sottrarre a un sentimento di reverente commozione contemplando i misteri dell'eternità e della stupenda struttura della realtà. È sufficiente che l'uomo tenti di comprendere soltanto un po' di questi misteri giorno dopo giorno senza mai demordere, senza mai perdere questa sacra curiosità. . . ( A. Einstein) SKYLAB : UNA FINESTRA SUL COSMO
Per approfondire SKYLAB : UNA FINESTRA SUL COSMO
Assorbimento onde radio SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Curva di corpo nero a 2, 725 K SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
De rerum natura “Ma poiché, tuttavia, la verità e la natura delle cose lo impongono , presta attenzione, finchè dimostriamo , in pochi versi, che esistono cose costituite da corpo solido ed eterno, che noi mostriamo essere i semi delle cose e i primi principi da cui fu creato tutto l’Universo quale ora è costituito“ ( Lucrezio) SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
Radiazione di corpo nero SKYLAB : LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
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