Astrofisica nell’anno di Einstein
Laura Maraschi
Osservatorio Astronomico di Brera
INAF-Istituto Nazionale di Astrofisica
EINSTEIN – 1
E = M C
2
L’equivalenza tra massa ed energia
introdotta da Einstein su basi unicamente
teoriche e’ alla base della produzione
di energia nelle stelle (fusione)
(Bethe 1939)
Regione
di
formazione
stellare:
gas e
polveri
fredde
Ammasso
di
stelle
giovani
Galassia
Spirale con
emissione
UV da stelle
giovani al
bordo
Ammasso di
stelle vecchie
Galassia ellittica con fascia di polveri
(Sombrero Galaxy)
SN e Pulsar del Granchio
(vista dagli astronomi
cinesi nel 1054)
Immagine ottica
della nebulosa
Immagine X del centro
Pulsar 33ms
SAT CHANDRA
EINSTEIN - 2 : BUCHI NERI
Se v = c
R=GM/c2
Raggio gravitazionale:
anche la luce e’ intrappolata
In un c.grav. elevato le particelle
hanno elevata energia cinetica
Quasar:grande luminosita’da regioni compatte
L’ ipotesi che il fenomeno quasar fosse
dovuto alla
caduta di materia su
buchi neri di grande massa
al centro delle galassie
fu avanzata nel 1964 indipendentemente
da Salpeter e da Zeldovich
La materia in caduta in prossimita’ del
buco nero si scalda e emette raggi X
Bruno Rossi e Giuseppe Occhialini
Nel 2002 Riccardo Giacconi, allievo
prima di Occhialini poi di Rossi
vinse il premio Nobel
per la sua scoperta delle
Sorgenti X celesti
Buchi neri, stelle di neutroni e gas caldo
si vedono in raggi X
Mappa delle
velocita’
di rotazione
attorno a
un buco nero
Il buco nero sm piu’ vicino (Cen-A)
in luce visible
Cen A
IR
vicino
si vede
la zona
centrale
Cen A
IR
lontano
emissione
da polveri
Cen A
in
UV
Cen A
in
Raggi X
Cen A
in radio
emiss. non
termica
(sincrotrone)
Buco Nero non “attivo” rivelato come “massa”
Buchi neri
sono presenti
in tutte le
galassie
con massa
proporzionale
a quella del
bulge
La societa
delle
Galassie:
un ammasso
Concetto di lente
Gravitazionale
In RG l’equivalenza
tra energia e massa
fa si’ che anche la
luce venga attratta
da un campo
gravitazionale
La galassia
piu’
distante?
C
A
M
P
O
P
R
O
F
O
N
D
O
Galassie in
Fermento
Nell’ universo
Giovane
Ancora
piu’
profondo
Hubble
Ultra
Deep
Field
La SN
piu’
distante
EINSTEIN-3 : COSMOLOGIA
Elementare, Watson!
R=raggio di scala dell’univ…….
Accelerazione= forza/m
non solo la massa ma anche
l’energia contribuisce alla gravita’
Energia cinetica + potenziale
curvatura
Se Lambda = 0 l’universo NON puo’ essere statico
ed e’ sempre decelerato
Einstein “voleva” un universo con curvatura
positiva (finito) e immutabile nel tempo,
impossibile nella prima versione delle sue
Equazioni, introdusse allora la costante
cosmologica Lambda……..
Poco dopo Hubble scopri’ la recessione delle
Galassie e il termine Lambda venne
accantonato…UNIVERSO IN ESPANSIONE
Se l’univ. e’ in espansione nel passato
doveva essere piu’denso e caldo………
Il momento di formazione dell’ elio e
l’abbondanza osservata, 10%, fissano
densita’ e temperatura
Gamow (1946) previde una T attuale di 10 K
Nel 1965 Penzias e Wilson cercavano di
costruire un’ antenna a basso rumore, ma
non riuscivano ad abbassare il rumore….
Per questo “eccesso” di rumore ebbero il
Nobel : avevano scoperto il
residuo del BIG BANG
La struttura dipolare
e’ dovuta al moto del
sistema solare
Nel piano galattico
c’e’ un contributo di
emissione
La radiazione
cosmologica
di corpo nero a 3 K
e’ quello che resta
del big bang
Storia
Termica
Equilibrio
Statistico
a diverse
temperature/
energie
Le fluttuazioni del fondo cosmico contengono
i “semi” da cui si sono formate le galassie e
le strutture secondo un modello “bottom-up”
Simulazione
N-body
della
evoluzione
delle
strutture
L’universo caldo e la produzione di elio
rimangono un pilastro del modello
Cosmologico, come anche la formazione
delle strutture. Pero’ ……..
da lungo tempo si sa che c’e’ una
“massa mancante” (l’energia cinetica
degli ammassi e’ maggiore di quella grav.)
Questa m.m. NON puo’ essere barionica
 Di cosa e’ costituita la Dark Matter?
Inoltre le perturbazioni primordiali misurate
nella CMB richiedono che l’universo sia piatto
(curvatura nulla), ma la densita’di materia
anche oscura non sembra sufficiente a
chiudere l’universo………….
Come uscire da questa difficolta’?
Le SN sono
“candele standard“
consentono di
misurare la
distanza e la
velocita’ di
espansione (redshift) in funzione
della distanza
L ’ UNIVERSO STA ACCELERANDO !!!
Questo non e’ possibile se non
reintroducendo nelle equazioni la
COSTANTE COSMOLOGICA !!!!
Lambda e’ equivalente a un termine
con energia negativa, quindi dopo la
DARK MATTER ecco la DARK ENERGY
La cosmologia e’ da un lato in crisi
ma dall’ altro in grande fermento
e i legami con la fisca teorica
si moltiplicano………………………..
OBBIETTIVI PER IL FUTURO
PIANETI EXTRASOLARI
UNIVERSO GIOVANE
DARK MATTER
DARK ENERGY
ONDE GRAVITAZIONALI
I lampi di raggi gamma localizzati dal satell.
Beppo-SAX sono Super-Super Novae che
possiamo vedere fino a red-shift 3-5……….
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EFFETTO DOPPLER