Possiamo capire l’Universo? Catalina Curceanu LNF-INFN Summer Camp AISTAP 10-12 Luglio 2013

1. Possiamo capire l’Universo?Catalina CurceanuLNF-INFNSummer Camp AISTAP 10-12 Luglio 2013

3. Quali sono le dimensioni dell’Universo? L’Universo è Stazionario o in Evoluzione?(L’età dell’Universo) L’Universo di cosa è fatto ?

4. Le Dimensioni dell’Universo

5. Dalla scoperta del telescopio il progresso tecnologico ha “allontanato” sempre più i confini dell’universo Nel 1755 Kant postulò l’esistenza di remoti ammassi di stelle, “gli universi isola” Ancora nel 1924 si pensava che l’intero universo avesse un diametro di 200.000 anni luce e fosse composto da 3 sole galassie

6. Dal 1990 the Hubble Space Telescope raccoglie spettacolari immagini dell’universo profondo Edwin Hubble

7. abell2218 blu

9. Galassie a Spirale

10. Galassie Ellittiche

11. Galassie Lenticolari

12. Galassie Irregolari, come la Nube di Magellano

13. Nell'universo, spazio significa tempo e viceversa La luce non viaggia a velocità infinita: la luce che noi riceviamo di una galassia lontana, per esempio, 5 miliardi di anni luce da noi, porta con sé l'immagine di quella galassia quale era 5 miliardi di anni fa, poiché tanto ha impiegato il raggio luminoso per giungere fino alla Terra.

14. 10 anni luce

15. 100 anni luce

16. 1000 a. l.

17. 10 000 a. l.

18. 100 000 a. l.

19. 1000 000 a. l.

20. 10 000 000 a. l.

21. 100 000 000 a. l.

22. 1 miliardo a. l.

23. NGC 4151 NGC 1068 NGC 4051

24. NGC 7469 NGC 3565

25. Buchi neri, stelle di neutroni e gas caldo si vedono in raggi X

26. Nascita di una stella * Modelli di Evoluzione stellare *

27. Esplosione di una SuperNova SN 1987A * Emissione di neutrini ed onde gravitazionali*

28. Immagini spettacolari del vento stellare che illumina una regione di spazio

29. Cen A in radio emiss. non termica (sincrotrone)

33. Modello “faro” di T. Gold Se l’asse di rotazione è inclinato rispetto all’asse magnetico, ogni volta che, nel corso della sua rotazione, uno dei poli m magnetici è rivolto verso la Terra, noi riceviamo un impulso, perché gli elettroni e i protoni sono ancora liberi e non Impacchettati in neutroni, sfuggono lungo le linee di forza del campo magnetico, emettendo RADIAZIONI SINCROTRONE Ogni pulsar ha la sua personalità: alcune presentano impulsi doppi, altre hanno un Impulso più debole tra due impulsi. Pulsar più giovani hanno periodi più brevi perchè la v di rotazione diminuisce col tempo

34. 10-15 m 10-10 m Differenza abissale tra la materia ordinaria e quella collassata Se il nucleo atomico fosse grosso come me l’elettrone sarebbe una zanzara che ruota intorno a me su un cerchio con un diametro Firenze-Corsica. L’altro uomo-nucleo vivrebbe nel Lazio con una zanzara a 100 km……. La materia ordinaria è quindi VUOTA (Ordinary Matter is Empty)

35. Differenza abissale tra la materia ordinaria e quella collassata 10-15 m La materia collassata ha tutti i nuclei (o meglio i neutroni – ma non importa) uno accanto all’altro……… (Collapsed Matter is Full) 10-10 m

36. Le pulsar sono oggetti con queste densità con 20 km di raggio che possono compiere decine e centinaia di giri al secondo su loro stesse Anche la velocità è un parametro da cui dipende l’emissione Pesa 100 Miliardi di Tonnellate !!!

37. Mappa delle velocita’ di rotazione attorno a un buco nero

38. Il Red Shift Nel 1929, l'astronomo americano Edwin Hubble mostrò che l'universo è in espansione. Misurando la distanza che ci separa da galassie lontane, provò a stabilire a quale velocità si stessero allontanando. Telescopio di Hubble

39. L' "effetto Doppler" Pensate a quando passa un'ambulanza e il suono della sirena diventa da più acuto più grave: è l'"effetto Doppler", dovuto alle variazioni della lunghezza delle onde a seconda della distanza della fonte sonora.

40. L' "effetto Doppler" Poiché la luce ha natura ondulatoria, quando la sorgente luminosa si allontana, la lunghezza d'onda aumenta e la luce che percepiamo si sposta verso il colore rosso (nello spettro della luce, le componenti rosse hanno lunghezza d'onda maggiore e quelle blu-violette minore).

41. Il Big Bang •  Nel 1946 l'americano di origine russa George Gamow (1904-1968) propose la teoria del Big Bang per spiegare l'origine dell'universo. • Questa teoria sostiene che l'universo è nato da una palla di fuoco di altissime densità e temperatura: un superconcentrato gassoso di particelle atomiche come neutroni e protoni da cui si sarebbero formati gli elementi chimici attuali.

42. The Big Bang Model

43. Nascita del tempo e dello spazio • Un evento che diede inizio alla scala del tempo e dello spazio. Di conseguenza in origine tutto doveva essere concentrato in un minuscolo punto, dalla densità e gravità infinite, dove il tempo e lo spazio erano pari a zero e la temperatura dell'ordine di miliardi di miliardi di gradi. • Cosa ci fosse prima rimane per ora un mistero, visto che nemmeno gli scienziati avanzano ipotesi, ritenendo i momenti anteriori a tale istante come inconoscibili ed inspiegabili da qualsiasi teoria.

44. 10-35 sec. ERA DELL’INFLAZIONE Il Big Bang • Il Big Bang non è stato un esplosione nello spazio, ma l’espansione dello spazio. • Durante l’era dell’inflazione (10-35 sec.) l’universo si è espanso fino alle dimensioni di un grosso pompelmo.

45. 10-6 sec. annichilazione di materia e anti-materia Il Big Bang ERA DEI QUARK • In questa fase si sono formate dall’energia moltissime copie di quark e antiquark, che si annichilivano ridiventando energia.

46. 1 sec. I quark formano Adroni, elettroni e neutroni Il Big Bang • I PRIMI PROTONI E NEUTRONI • Dopo 1 μs l’universo era abbastanza freddo perché i quark potessero combinarsi e formare particelle più massicce: protoni e neutroni

47. LE FORZE FONDAMENTALI Il Big Bang • Subito dopo entrarono in gioco le forze fondamentali dell'universo, ed alla già esistente forza gravitazionale, che regola l'attrazione fra le masse, si aggiunsero le altre tre che insieme a questa governano l'universo: • la forza debole, che agisce a livello atomico, • la forza forte che governa i nuclei atomici, • la forza elettromagnetica responsabile di tutti i fenomeni elettromagnetici quali la luce, le onde radio, ecc...

48. 100 sec. NUCLEOSINTESI Il Big Bang • ERA DELLA NUCLEOSINTESI • In questa fase i neutroni si sono gradualmente trasformati in protoni. Mentre la temperatura dell’universo si abbassava, gradualmente i neutroni si combinavano con i protoni per formare i primi nuclei di elio ognuno formato da 2 protoni e 2 neutroni.

49. 300.000 anni ERA DELLA MATERIA Il Big Bang • Dopo alcune centinaia di migliaia di anni, l'universo era divenuto ancora meno denso e più freddo, avveniva la "ricombinazione", i protoni e gli elettroni si combinavano per creare i primi atomi di idrogeno. • Finiva a quel punto la prima parte della storia dell'universo, quella dominata dalla radiazione, ed iniziava "l'era della materia" che vedeva l'aggregazione delle particelle nelle prime forme atomiche, mentre i fotoni, liberi ormai da ogni vincolo, potevano così irradiarsi in tutte le direzioni sotto forma di radiazione cosmica di fondo.

50. I modelli Cosmologici