Astronomia Astrofisica
Cosmologia
“Una veloce passeggiata
fra le stelle….”
Osservatorio Astronomico di Bologna
Via Ranzani 1
www.bo.astro.it
Direttore: Flavio Fusi Pecci, 051-2095766
L’Universo .....
….è molto grande
... più di 13 miliardi di anni luce
circa 100,000,000,000,000,000,000,000
di chilometri
L'anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno
300.000 km/s x 60 sec x 60 min x 24 ore x 365 giorni =
= 9.460 miliardi di chilometri
• Il lato di una stanza è di circa 10 metri, e la luce impiega
circa 30 nanosecondi per percorrerlo.
• Il raggio della Terra misura 6378 km, e in secondo la luce
potrebbe percorrere 7 volte la sua circonferenza.
• La Luna è lontana dalla Terra 1,25 secondi luce, circa 30
diametri terrestri.
• Il Sole dista dalla Terra 8 minuti e 20 secondi luce (1 A.U.,
circa 150.000.000 km).
• Plutone dista 40 A.U. dal Sole, circa 5,30 ore luce.
• La stella più vicina è a 4,5 anni luce.
• Il centro della Via lattea si trova a 25.000 anni luce da noi.
• Una dimensione della grandi galassie, come la nostra, è di
circa 100.000 anni luce.
• La galassia di Andromeda si trova a circa 2.000.000 anni
luce.
• Il più vicino ammasso di galassie si trova a 50.000.000 di
anni luce.
• Gli oggetti più lontani osservati si trovano a oltre
10.000.000.000 anni luce.
….e rappresentato da
grandi numeri
La temperatura varia tra
-270 e 10.000.000.000 o C.
L’intensità dei campi magnetici varia tra
0,000000001 e 1.000.000.000.000 Gauss.
In una galassia ci possono essere tra
10.000.000.000 e 1.000.000.000.000 di stelle
Le galassie sono almeno
1.000.000.000.000
Gli astronomi sono dei “detective”
alla ricerca del suo codice a
barre
Alla ricerca del codice a barre
dell’universo
Chi sono i testimoni ?
….. e i sospetti ?
I testimoni o i sospetti sono i
punti luminosi che si
trovano in cielo, che sono
chiamati pianeti, stelle,
galassie, etc.
Come interrogare un
sospetto che si trova
ad una distanza di
centinaia, migliaia,
miliardi di anni luce?
Porta le informazioni lo spettro
elettromagnetico (e non solo…)
Alle frequenze più alte
abbiamo i raggi gamma, i
raggi X e la luce
ultravioletta.
La radiazione infrarossa, le
microonde e le onde radio
occupano la regione a
bassa frequenza dello
spettro.
Nel mezzo, su un intervallo di
frequenze molto stretto,
troviamo la luce visibile.
La luce visibile è
costituita da onde
elettromagnetiche (cioè
vibrazioni di campi
elettrici e magnetici) che
si propagano nello
spazio.
I diversi volti della Via Lattea
radio
infrarosso
luce visibile
raggi X
raggi gamma
e degli uomini
Infrarosso
Raggi X
Forse è
meglio la
luce visibile
La luce visibile
Oltre ad avere la
capacità di illuminare gli
oggetti vicini a noi, la
luce visibile ci fornisce
importanti informazioni
sulla natura (fisica,
chimica, etc.) degli
oggetti dell’universo
Ammassi galattici
• Gli ammassi
globulari sono
concentrazioni di
stelle, da diecimila a
un milione, molto
vecchie.
• Gli ammassi aperti
sono oggetti giovani
e contengono quindi
molte stelle calde e
luminose.
• Sono tenuti assieme
dalla mutua
attrazione
gravitazionale
Formazione ed evoluzione delle
galassie
Le galassie hanno
subito una profonda
evoluzione dal
tempo della loro
formazione.
In particolare le grandi
galassie crescono
“cannibalizzando”
piccole galassie.
Nuclei galattici



Il nucleo di una galassia
è come un profondo
pozzo. Facile caderci,
difficile uscirne. Gas e
stelle si accumulano nel
centro.
Negli anni ‘60 la scoperta
dei Quasar e di enormi
Buchi Neri.
Anche al centro della
nostra Galassia si trova
un Buco Nero 3 milioni di
volte più grande del Sole.
Le grandi strutture dell’universo
Un esempio:
Coma cluster
Distanza 300 milioni anni
luce
Dimensione 20 milioni
anni luce
Contiene migliaia di
galassie
Gamma Ray Burst
I Gamma Ray Burst (GRB) sono misteriosi fenomeni che hanno
origine nel lontano universo.
Si pensa siano legati alla formazione di stelle ai neutroni e ai buchi neri.
All’inizio era “tutto in un punto!”
“Le Cosmicomiche” di Italo Calvino
Le evidenze in favore del
“Big Bang”
• L’espansione dell’Universo
• La presenza di una radiazione fossile che
permea tutto in maniera omogenea ed
isotropa
• La nucleosintesi e la composizione chimica
dell’universo primordiale e delle stelle che
oggi osserviamo
La storia dell’universo
L’universo conserva traccia
dell’esplosione
Una radiazione
elettromagnetica
omogenea ed isotropa
a ~ 3 0K (circa -270 °C) che
permea
l’intero universo …
ma con “lievi increspature”
La radiazione cosmica di fondo
Circa 400.000 anni dopo il Big Bang, l’universo è diventato
trasparente, e la radiazione ha potuto propagarsi
liberamente: la sua temperatura attuale è di circa 2,7 gradi
Kelvin (cioè -270 grade centigradi).
In questa radiazione vediamo le tracce delle fluttuazioni che
hanno dato origine alle strutture che osserviamo oggi.
Le scoperte piu’ recenti
C’e un nuovo tipo di materia che
non conosciamo:
dall'analisi degli effetti gravitazionali, si può stabilire che
esiste anche un tipo di materia che noi non possiamo
vedere (non produce luce), anzi la maggior parte
dell'universo sembra non sia dello stesso tipo di
materia di cui sono fatte le stelle.
La chiamiamo
"materia oscura"
Breaking news!
“Ultimissime dall’universo”
L’ espansione sta
accelerando!!!
Distanza
Curve teoriche
per vari valori
del parametro di accelerazione
“energia oscura”
z
(energia del vuoto ??) sta
dominando l’evoluzione
dell’universo!!!!!
Composizione dell’universo
Galassie, stelle,
pianeti e gas sono
meno del 5% del
totale!
Il
95% sarebbe
materia oscura
circa il 25%
ed
energia oscura
circa il 70%!
Materia oscura: i candidati
Hubble, Stazione Spaziale (AMS)
GLAST, Planck, LISA
INFINITAMENTE
PICCOLO
INFINITAMENTE
GRANDE
Il futuro dell’Universo
Siamo in un universo speciale?
Molti indizi suggeriscono che delle condizioni dell’Universo
anche solo infinitesimamente differenti avrebbero dato luogo
ad un modo inospitale...
L’espansione avrebbe potuto essere cosi’ veloce da non
consentire la formazione di strutture.
Un’espansione appena piu’ veloce non avrebbe permesso
altri atomi oltre l’idrogeno
Una forza gravitazionale appena piu’ forte (o debole) avrebbe
generato stelle totalmente diverse.
Una forza elettro-magnetica appena diversa avrebbe
prodotto atomi troppo piccoli o troppo grandi...
Si può dire che…
Il nostro universo ha avuto origine dal Big Bang
circa 14 miliardi di anni fa
La densità media è vicina a quella critica, dunque la geometria
dell’universo è (praticamente) piatta (per cui la somma degli angoli
di un triangolo fa 180°)
Il 25% del contenuto dell’universo è sotto forma di materia oscura
e il 70% sotto forma di energia oscura che accelera l’espansione
Le osservazioni indicano che l’universo è infinito (senza escludere
un universo finito) e che l’universo si espanderà per sempre
ma …….
… forse esistono altri universi
….. forse esistono altre dimensioni
…. forse il processo di formazione di universi è eterno...
… l’uomo torna al centro?
L’Universo deve avere quelle proprietà che in un qualche
momento della sua storia permettono alla vita di
svilupparsi.
Ciò è possibile se esiste un insieme di altri universi, con
diversi valori delle costanti fondamentali.
Solo negli universi con i valori opportuni
(come il nostro) si forma la vita, e solo quegli universi
possono essere osservati.
… chissà
??
Infiniti inizi ?
Forse il nostro non è
l’unico universo.
Il Big Bang da cui ebbero
origine lo spazio e il
tempo che conosciamo
potrebbe essere stato solo
uno degli infiniti inizi che
generano
infiniti universi
Vorrei cambiare il mio universo
Altri universi ?
Tanti big bang ?
Come il nostro cosmo si e’
enormemente espanso nei
primi istanti , lo stesso
potrebbe accadere ovunque e
in ogni momento.
Una infinità distesa di spazio
da cui emergono bolle di
energia, o big bang, semi
di tanti universi.
Due possibili risposte:
1) La “Teoria del Tutto”
Una (futura) teoria della fisica che spiega tutti gli aspetti
dell’Universo, include queste che sembrano coincidenze
Puo’ esistere la Teoria di Ogni Cosa? (TOC)
2) il Principo Antropico
Se l’Universo non fosse cosi’ noi non ci saremmo...
L’Universo e’ stato fatto per noi...
...esistono INFINITI UNIVERSI, con leggi fisiche diverse.
Solo in quella (infinitesima) parte di Universi in cui le
condizioni lo consentono, la “vita” e’ possibile...
il Multiverso
Verso una teoria super-unificata
Progressi recenti, ad es. la:
“Teoria delle stringhe a molte dimensioni”
E’ possibile arrivare ad una descrizione
unificata delle forze in uno spazio a 11 dimensioni:
Il nostro spazio-tempo a 4 dimensioni e’ una membrana
di questo spazio piu’ ampio
Le altre dimensioni non sono facilmente osservabili
perche’ “arrotolate” su loro stesse
Gli esperimenti del prossimo futuro
Nuove misure su grandissimo campione di Supernovae
Nuove misure a precisione ancora maggiore sul
Cosmic Microwave Background
Anche: ricerca e studio “Buchi Neri” -> Relativita’ Generale
Studio oggetti quasi-stellari ad alto redshift
I grandi progetti
Large Binocular Telescope
Agile
Giant Magellan Telescope
Thirty Meter Telescope
E - ELT
Planck telescope
James Webb Space Telescope