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Relatività generale

Relatività generale . e oltre . Principio di equivalenza. Non è possibile distinguere la gravità dall’accelerazione Massa inerziale = massa gravitazionale Gravità può essere descritta in termini metrici. Spazio tempo dinamico. Materia determina le lunghezze. Materia e spazio.

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Presentation Transcript

  1. Relatività generale e oltre Fisica 24 ore

  2. Principio di equivalenza • Non è possibile distinguere la gravità dall’accelerazione • Massa inerziale = massa gravitazionale • Gravità può essere descritta in termini metrici Fisica 24 ore

  3. Spazio tempo dinamico • Materia determina le lunghezze Fisica 24 ore

  4. Materia e spazio • Uno può visualizzare la relatività generale pensando lo spazio tempo come un foglio che in assenza di materia è piatto ma è curvato della materia materia Sorgente di Curvatura dello spazio tempo Fisica 24 ore

  5. Deviazione della luce (lenti) • Effetto gravità equivale ad una modificazione tessuto spazio temporale • La luce viene deviata, e quindi può essere focalizzata, da una distribuzione di massa Fisica 24 ore

  6. Buchi neri • Regione delle spazio tempo che ………. intrappola la luce Fisica 24 ore

  7. Onde gravitazionali • Evidenza indiretta PSR 1913+16 • Nobel a Taylor nel 1993 Fisica 24 ore

  8. Einstein ed Oltre Einstein • Onde gravitazionali • Cosa ha dato energia al BIG BANG • Cosa succede al bordo di un BUCO NERO • Cosa è l’energia oscura Fisica 24 ore

  9. Spettroscopia X [Chandra] Spettroscopia Gamma [Integral] Progressi da osservazione con base nello spazio Fisica 24 ore

  10. Immagini X (Centro della galassia) Fisica 24 ore

  11. “Gamma Ray Burst” • Sono gli eventi più energetici dell’universo Missione SWIFT NASA concorrenza con INTEGRAL Fisica 24 ore

  12. MATERIA OSCURA • rilevata solo dai suoi effetti gravitazionali • non rientra nel Modello Standard delle particelle elementari • uno dei principali costituenti dell’universo? luce = tracciante di massa “oscura” = non emette luce Fisica 24 ore

  13. effetti gravitazionali - prima evidenza: materia oscura nelle galassie (Zwicky, 1933) Keplero: ...“massa mancante” Fisica 24 ore

  14. effetti gravitazionali - seconda evidenza: materia oscura nei cluster di galassie cluster di galassie: Contengono gas caldo che emette radiazione X materia oscura  equilibrio meccanico: senza materia oscura il gas caldo si dissolverebbe Fisica 24 ore

  15. effetti gravitazionali - terza evidenza: lenti gravitazionale massa alone  forma degli archi Abell 2218, un cluster di galassie lontano circa 3 miliardi di anni luce, piega la luce dalle galassie retrostanti creando lunghi e deboli archi. http://ngst.gsfc.nasa.gov/science/gravlens.htm Fisica 24 ore

  16. Candidati di Materia Oscura Barionica: materia ordinaria fatta di protoni e neutroni? • Alcune idee: • Nane Brune o pianeti tipo Giove • Resti di stelle fredde (buchi neri, stelle di neutroni, nane bianche, • Buchi neri primordiali (lasciati dopo il Big Bang) • Tutte queste forme di materia oscura barionica sono collettivamente chiamate Massive Compact Halo Objects (MACHOs) Non barionica: prodotta nei primi istanti dopo il Big Bang • Alcune idee: • Neutrini massivi • Nuove particelle esotiche • Tutte queste forme di materia oscura non barionica sono collettivamente chiamate Weak Interactive Massive Particles (WIMPs)  oltre il Modello Standard Fisica 24 ore

  17. Indagine cosmologica  ? Fisica 24 ore

  18. INFLAZIONE & ENERGIA OSCURA dopo il Big Bang... ESPANSIONE ACCELERATA ... e oggi? COSTANTE COSMOLOGICA  oltre il Modello Standard? Fisica 24 ore

  19. CL FN FN or CL FN 15M ISCO +10-21- tempo –10-21- Il problema gravitazionale a due corpi ONDE Gravitazionali “plunge/merger” “ring-down” “inspiral” Fisica 24 ore

  20. LIGO & VIRGO Fisica 24 ore

  21. L’osservatorio ad Hanford Fisica 24 ore

  22. GEO600 Hannover Fisica 24 ore

  23. LISA – LIGO/VIRGO Fisica 24 ore

  24. LISA • Interferometro con base nello spazio Fisica 24 ore

  25. Sorgenti gravitazionali per LISA • Sistemi semi-separati di piccolo periodo Primaria: nana bianca Secondaria: una stella che trasferisce materia alla sua compagnia Fisica 24 ore

  26. Risolvere numericamente le equazioni di Einstein Affettando lo spazio tempo: Decomposizione 3+1 6 equazioni di evoluzione + 4 vincoli Devono essere soddisfatte dalle CONDIZIONI INIZIALI Fisica 24 ore

  27. La forma BSSN delle equazioni di Einstein nel formalismo Hamiltoniano [4] M. Shibata, T. Nakamura: “Evolution of three dimensional gravitational ..”, Phys. Rev. D52(1995)5429 [5] T.W. Baumgarte, S.L. Shapiro: “On the numerical integration of Einstein..”, Phys. Rev. D59(1999)024007 Fisica 24 ore

  28. grr Schwarzschild in coordinate di Novikov • “geodesic slicing”: • Osservatore in caduta libera • lapse = 1, shift = 0 • codice fallisce per = m • “singularity avoiding slicing” • shift = 0 • black hole Fisica 24 ore

  29. Collisione di due buchi neri • I dati iniziali corrispondono a due buchi neri non rotanti • La simulazione parte dall’ISCO • La gravitazionale emessa è mostrata dai colori • L’orizzonte degli eventi dei buchi neri è mostrata come una superficie scura. • Compiono circa un 1/3 di orbita prima di unirsi. http://www.eu-network.org/Documents/Movies.html Fisica 24 ore

  30. Ricerche a Parma: Il progetto Albert100 (OG51) • La rivelazione delle onde gravitazionali si avvicina • I Fisici sperimentali hanno bisogno di “templates” • Non c’erano (in ITALIA) risorse computazionali dedicate alla relatività numerica FerraraFortini Pierluigi PadovaFernando De Felice, Gianluca Genelli, Francesco Sorge Parma Roberto De Pietri, Francesco Di Renzo, Alessandro Nagar, Enrico Onofri Roma 1Omar Benhar Noccioli, Valeria Ferrari, Leonardo Gualtieri, Giovanni Minutti, Josè PonsTrieste (Sissa)LucaBaiotti, Antonio Lanza, Luciano Rezzolla, John Miller, Pedro Montero Fisica 24 ore

  31. Il nostro sistema • 44 nodi IBM e-server 330 • 88 Pentium III 1,133 GHz • 1.5 GBytes RAM per nodo Fisica 24 ore

  32. Accrescimento quasi periodico e onde gravitazionali da una stella di neutroni toroidale oscillante Collaborazione di L. Rezzola, O. Zanotti and T. Font. Dettagli: gr-qc/0210018 • Viene mostrata l’evoluzione della densità di massa a riposo della stella di neutroni toroidale • Il calcolo è stato effettuato con codice idrodinamico relativistico in 2D usando coordinate polari. • Lo spazio-tempo del buco nero è ottenuto come una sequenza di stati quasi stazionari di soluzioni di Schwarzschild con massa che si incrementa. Fisica 24 ore

  33. Benchmarks • Prova di velocità standard BenchADM • Evoluzione della metrica piatta di Minkowski • 100 passi di evoluzione temporale • Tempi di esecuzione in secondi • Simulazioni non lineari in 3D • GRIGLIA (Np=64) ~ 270x270x270 Fisica 24 ore

  34. ……… albert vs. altri Griglia 40x40x40 su 1 nodo di calcolo www.cactuscode.org/Benchmark/Results.html Fisica 24 ore

  35. Tempi di esecuzione per BSSN • Evoluzione del tipo BSSN • Evoluzione della metrica piatta di Minkowski • 100 passi temporali • Tempo di esecuzione in sec • Evoluzione temporale: ICN a tre passi • Lapse: affettamento 1+log • Shift: ‘delayed’ Gamma freezing • Simulazione non lineare 3D • Griglia (Np=64) 308x308x148 Fisica 24 ore

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