L’ ETÁ DELL’ UNIVERSO
Van Gogh: notte stellata
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Perche’ e’ importante determinare
l’eta’ dell’Universo?
 E’ una domanda che gli uomini si pongono
da migliaia di anni;
 E’ necessario per comprendere l’evoluzione
e la struttura dell’universo;
 E’ necessario per la determinazione di altri
parametri cosmologici;
 La coerenza dei risultati ottenuti con metodi
diversi fornisce una verifica importante
delle leggi fondamentali della fisica.
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Un po’ di storia
 Fino a qualche centinaio di anni fa, il sistema solare e
l'Universo erano equivalenti nella mente degli uomini
dotti.
Rivoluzione culturale
 COPERNICO - La terra non e’ il centro del sistema
solare
 SHAPLEY - Il sistema solare non si trova al centro
della Via Lattea
 HUBBLE - L’Universo subisce una Espansione
Uniforme (la Via Lattea non e’ il centro dell’Universo)
Se l’universo si espande (evolve) fa senso chiedersi
quale è la sua origine e quale sarà il suo destino. 3
L’Universo del XVIII-XIX secolo
Universo = Via Lattea
1 parsec (pc)= 3.26 anni luce = 3.1 . 1018 cm
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L’Universo del XXI secolo
T0 = età dell’Universo
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L’eta’ dell’Universo: nel passato
 Nel XVII secolo il vescovo irlandese James Ussher
calcolò che la creazione avvenne nel 1095 a.c.,
secondo la cronologia della Bibbia.
 Nel XIX secolo Helmoltz stimò l’età del sole e del
sistema solare in circa 50 Milioni di anni, sulla base
dell’energia gravitazionale disponibile.
 La geologia suggeriva tempi dell’ordine del Miliardo
di anni, un ordine di grandezza necessario anche per
l’evoluzione biologica.
 Nel XX secolo, dopo la scoperta della radioattività
Eddington capì che il sole, come le altre stelle, è
alimentato dall’energia nucleare, che può sostenerlo
per miliardi di anni coerentemente con le evidenze
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geologiche (ed evoluzionistiche).
L’età dell’Universo: oggi
Ci sono molti modi per stimare l'età dell’ Universo:
- l'età dei più antichi ammassi stellari
T0 = (13 2) Gyr
- la misura della costante di Hubble
T0 = (14 2) Gyr
- l'età degli elementi chimici;
T0 = (12.5 3) Gyr
- l'età delle più antiche nane bianche:
T0 = (13.5 2) Gyr
I vari metodi danno risultati consistenti:
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T0 = (13 2) Gyr
(1 Gyr= 10 anni = 1 miliardo di anni )
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STRUTTURA DELLA GALASSIA
L’Universo è
più vecchio
delle stelle
che contiene.
Quali sono le
stelle più
vecchie della
nostra
galassia?
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Gli ammassi globulari
 105 - 106 stelle aventi la stessa eta’ e la stessa
composizione chimica
 Assenza di gas e polveri
 Prevalenza stelle
Giallo/Arancio/Rosse
 Simmetria sferica
 Scarsa abbondanza
di elementi più pesanti
dell’elio.
Gli ammassi globulari
sono quelli piu’ antichi
Si sono formati subito
dopo il BIG-BANG:
TAG  T0
A. Globulare M55
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L’eta’ degli ammassi globulari
Turn-Off = Stelle
dell’ammasso che
hanno esaurito
l’idrogeno centrale
LTO  MTO = Massa
delle Stelle al Turn-Off
Turn-Off
MTO  TTO = eta’ delle
stelle al Turn-O
TTO = TAG T0
TAG  12  1 Gyr
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L’espansione dell’Universo
C’è una relazione di proporzionalità fra la distanza d di
ciascuna galassia e la velocità v con cui si allontana
Legge di
Hubble
V = H0 · d
H0 = Costante di Hubble
v = velocita’
d = distanza
Ho ha le dimensioni di un inverso di un tempo.
Se trascuro ogni interazione l’età dell’universo
è:
To = 1/ Ho
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Le misure di velocità e distanza
La legge di
Hubble
V = H0 · d
H0 = Costante di Hubble
V = velocita’
d = distanza
richiede la misura di due quantità:
•Velocità 
misure di redshift
SN1A
•Distanza 
misure di luminosità
Candele
Campione
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L’eta’ dell’Universo
H0 = 65 ± 8 km/s/Mpc
T0 ~ 1/H0  15 miliardi di
anni
N.B. Il risultato esatto
dipende dalla composizione
dell’ Universo; adesso si
ritiene che:
tot = crit;
m ~ ½ v
T0 = (14 2) Gyr
 <crit
 >crit
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L’età degli elementi
 I metodi di datazione radioattiva
sono ampiamente utilizzati nello
studio dell’antichità.
 Ad esempio l’età di una ceramica greca può essere
determinata dall’abbondanza residua di Carbonio 14 nei
pigmenti organici.
 Lo stesso metodo si può usare per datare le stelle,
misurando l’abbondanza residua di elementi radioattivi
con tempi di decadimento di miliardi di anni.
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Osservazione di Uranio e Torio
nelle stelle di alone
Dalla misura
delle abbondanze
di questi elementi
nelle stelle più
vecchie si può
ricostruirne l’età:
T= (12.5±3) Gyr
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Il raffreddamento delle nane bianche
 Una nana bianca è il cadavere di una stella.
 Sherlock Holmes: dalla temperatura del cadavere
posso dedurre quando è stato compiuto l’assassinio.
 Questo stesso metodo è applicato misurando la
temperatura superficiale delle nane bianche.
 Isolando quelle più fredde si determina l’età delle
più vecchie.
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Le nane di M4
 Il telescopio spaziale Hubble
ha osservato le più fredde nane
bianche a 7000 anni luce da
noi, nell’ammasso M4
Dalla misura della
loro luminosità
si ricava l’età:
TWD= (13.5  2) Gyr
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Conclusioni e problemi aperti
 Quattro metodi diversi danno risultati in accordo,
riassumibili in:
T0 = 11-15 Miliardi di anni
 La consistenza dei risultati conferma il quadro teorico
in cui sono inquadrati (evoluzione stellare, relatività
generale, costanza delle leggi della natura…).
 La cosmologia è adesso una scienza, che dispone di
dati osservativi e ne fornisce un’interpretazione
coerente.
 Sono trascorsi circa 13 Miliardi di anni dal Big Bang,
ma…. Che c’era prima del big bang? ...Esiste un
“prima”del big bang? …
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