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Istituto Nazionale di Astrofisica
Osservatorio astronomico di Brera
Universo in fioreUniverso in fiore
Il piu’ grande spettacolo Il piu’ grande spettacolo dopo il Big Bangdopo il Big Bang
Gabriele GhiselliniGabriele Ghisellini
gabriele.ghisellini@brera.inaf.itgabriele.ghisellini@brera.inaf.it
INAF-Osservatorio Astronomico di BreraINAF-Osservatorio Astronomico di Brera
Viviamo in un periodo fortunato… La nostra stella e’ tranquilla e la nostra atmosfera ci protegge, insieme al campo magnetico terrestre.
Negli ultimi 10.000 anni il clima e’ stato relativamente stabile e questo ha favorito la nascita e lo sviluppo dell’agricoltura.
Questo ha permesso di avere una buona riserva di cibo.
E questo ha permesso che qualcuno potesse dedicarsi alla scienza.
Ma in altre parti dell’Universo le cose non sono cosi’ tranquille….
La madre di tutte le esplosioni: il Big
Bang
13.7 miliardi di anni fa…
0.01 secondi dall’inizio
Temperatura=100 miliardi di gradi
Si formano protoni, neutroni, elettroni e neutrini. Il protone e’ il nucleo dell’idrogeno. Quindi tutto l’idrogeno dell’Universo ha 13.7 miliardi di anni.
Nei primi 3 minuti si forma l’elio. Temperatura:~1miliardo di gradi. Non si formano gli altri elementi.
dopo qualche miliardo di anni… i semi crescono
100 miliardi di galassie e proto-galassie, disposte in filamenti e
“noduli”
e adesso…
SpiraleEllittica
PeculiareIrregolare
Noi siamo qui10
0.00
0 an
ni lu
ce
100.
000
anni
luce
La via Lattea
~100 miliardi di stelle
Ogni secondo, il Sole converte in energia una massa di 2 milioni di tonnellate (E=Mc2). Idrogeno Elio
Funziona da 5 miliardi di anni, e continuera’ per altri 4-5 miliardi, quando tutto l’idrogeno del nucleo (10%) sara’ stato “bruciato”. E poi?
Idrogeno Elio nel nucleo
Nana biancaNana bianca
Nana BiancaRaggio: 10.000 km (circa come la terra)Massa: 0.7 volte quella del sole
Alta densità:1 cucchiaino 1 tonnellata!
All’inizio: 100.000 gradi (bianca). Poi si raffredda (nana bruna).
Il sole converte idrogeno in elio. E gli altri elementi? Noi per esempio…
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
carbonio 18%
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogeno 10%
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogeno 10%
azoto 3%
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogeno 10%
azoto 3%
calcio 1.5%
Noi siamo fatti di…
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3
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5
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ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogeno 10%
azoto 3%
calcio 1.5%
fosforo 1.2%
Noi siamo fatti di…
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ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogeno 10%
azoto 3%
calcio 1.5%
fosforo 1.2%potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro
~1%
Noi siamo fatti di…
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799%
ossigeno 65%
carbonio 18%
idrogenoidrogeno 10% 10%
azoto 3%
calcio 1.5%
fosforo 1.2%potassio, zolfo cloro, sodio, magnesio, ferro, cobalto, rame, zinco, iodio, selenio, fluoro
~1%
Noi siamo fatti di…
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799%
13.7 miliardi di 13.7 miliardi di annianni
Stelle come il Sole bruciano l’idrogeno del loro nucleo, ma non fanno elementi piu’ pesanti dell’elio.
Non e’ stato il Sole a fare gli elementi che ci sono sulla Terra.
Non e’ stato il Big Bang.
Chi e’ stato?
Sole
Tipo: supergigante bluDistanza: ~1000 a.l.Massa: 50 SoliLuminosità: 60.000 SoliRaggio: 20 SoliTemperatura: 42.000°Eta’: ~ 4 milioni di anniVita: ~ 6 milioni di anni
Puppis
Le stelle grandi sono a cipolla… Ogni guscio brucia un combustibile diverso e produce energia. Fino a quando si produce il ferro. Oltre no. “Il ferro non brucia”. Il combustibile finisce. E in fretta! (milioni di anni..)
Prima Dopo
gravitagravita’’
pressionpressionee
gravitagravita’’
pressionpressionee
gravitagravita’’
Nucleo Nucleo di di
ferroferro
gravitagravita’’
Stella di Stella di neutronineutroni
Onda d’urto
>10,000 km/s
Supernova 1987a
Supernova 1987a
Cas A ~1680 11000 anni luce
Keplero 1604 20000 anni luce
Tycho 1572 7500 anni luce
Granchio
1054 d.C. astronomi cinesi
~6500 anni luce
Siamo vecchi…
L’idrogeno del nostro corpo ha 13.7 miliardi di anni
Tutti gli altri elementi sono stati fatti in una stella di grande massa, esplosa piu’ di 5 miliardi di anni fa.
Siamo polvere di stelle nel senso letterale del termine.
4 Agosto 1967
Jocelyn Bell Jocelyn Bell (allora (allora
24enne), 24enne), dottoranda di dottoranda di
Antony Hewish Antony Hewish a Cambridgea Cambridge
bip
ROMAROMA10 km10 km
Un cucchiaino: un Un cucchiaino: un miliardo di tonnellatemiliardo di tonnellate
Campo magnetico alla Campo magnetico alla superficie: 10superficie: 1012 12
(=mille miliardi)(=mille miliardi) di di GaussGauss
Terra: ~ 1 GaussTerra: ~ 1 Gauss
Magnetino da frigo: Magnetino da frigo: ~100 Gauss~100 Gauss
10 10
kmkm
Non brucia. Come fa ad essere stabile?Rifiuto degli neutronineutroni a stare vicini (meccanica quantistica)
Pulsar Granchio
gravitagravita’’
Nucleo di ferro
Se la stella non e’ troppo pesante i neutroni riescono a sostenere la gravita’
gravitagravita’’
Nucleo di ferro
Buco neroBuco nero
Se la stella e’ piu’ pesante la gravita’ vince tutte le resistenze
ROMAROMA10 km10 km3 3
kmkm
La materia continua a cadere sul buco nero neonato
Una piccola parte della materia, invece, viene espulsa con grande energia.
Si formano 2 getti in direzioni opposte, che “bucano” la stella ancora prima che scoppi.
E’ il motore piu’ efficiente che conosciamo.
Quando esce dalla stella, il getto ha una velocita’ > 99.9995% della velocita’ della luce
Gamma Ray Bursts, le esplosioni piu’ potenti dopo il Big Bang
Miliardi di anni luce…
La loro energia e’:
Come 100 Supernovae
Come il Sole per 3000 miliardi di anni
Come tutta la nostra Galassia per 100 anni
Record: GRB 090423. L’Universo aveva “appena” 630 milioni di anni
e tutto in pochi secondi…
Fanno male?
strato dell’ozono
Se scoppia una supernova o un gamma ray burst a meno di 10.000 anni luce da noi….
fitoplancton
Eta Carinae: 7000 anni luce dalla Terra
Probabilmente non ci sparera’ addosso…
Le sorgenti piu’ potenti si vedono anche se sono lontane.
La loro luce ci arriva da un’epoca lontana, quando l’Universo era piu’ giovane.
Possiamo usarle per misurare l’Universo?
Si’.
Dal Big Bang l’Universo si sta espandendo
Ma la gravita’ tende a frenare
Piu’ massa c’e’, piu’ la gravita’ e’ grande
L’Universo si espandera’ per sempre?
Grande massa: gravita’ vince sull’espansione, che alla fine si ferma e l’Universo si ricontrae: Chiuso
Piccola massa: l’espansione vince sulla gravita’ e l’Universo si espande per sempre: Aperto
Fino al 1998 si pensava che queste fossero le uniche 2 possibilita’
“Aperto” o “Chiuso”?
Come lo scopriamo?Come lo scopriamo?
L=100 WL=100 W Brillante!Debole!
vicino
lontano
Primo passo: candele Primo passo: candele standardstandard
Misuriamo la luce ricevuta da una Misuriamo la luce ricevuta da una candela standard. Cosi’ troviamo candela standard. Cosi’ troviamo la distanzala distanza
Misuriamo quando la luce e’ Misuriamo quando la luce e’ partita (in realta’ misuriamo lo partita (in realta’ misuriamo lo spostamento verso il rosso della spostamento verso il rosso della sua luce, il redshift)sua luce, il redshift)
Secondo Secondo passo:passo:
Come lo scopriamo?Come lo scopriamo?
Esempio:Esempio:Supernova, 5 miliardi di anni faSupernova, 5 miliardi di anni fa
Debolegrande grande espansione, espansione, poca massapoca massa
Brillantepiccola piccola
espansione, espansione, tanta massatanta massa
Molto debole
““troppa” troppa” espansione ? Che espansione ? Che
diavolo succede???diavolo succede???
Tempo dal Big Bang
Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada la distanza tra noi e la supernova sara’ minore
Brillante, poca distanza
piccola espansione, tanta massa
Tempo dal Big Bang
Se una macchina accelera, fara’ piu strada la distanza tra noi e la supernova sara’ maggiore
Molto debole, grande distanza
“troppa” espansione ? Che
diavolo succede???
L’ Univers
o sta
L’ Univers
o sta
accele
rando!!!
accele
rando!!!
Dark Energy…Dark Energy… L’ Universo sta accelerandoL’ Universo sta accelerando Perche’? Ci deve essere Perche’? Ci deve essere
una nuova forma di energia una nuova forma di energia (non massa!), (non massa!), la Dark la Dark Energy…Energy…
Veramente bizzarra: mentre Veramente bizzarra: mentre l’universo si sta espandendo, l’universo si sta espandendo, questa energia questa energia mantiene la sua mantiene la sua densita’ costante (oppure densita’ costante (oppure addirittura aumenta)addirittura aumenta): il totale : il totale quindi cresce come il volume. quindi cresce come il volume. Piccolo esperimento...Piccolo esperimento...
Quanta ce n’e’ adesso???Quanta ce n’e’ adesso???
E il futuro?E il futuro?
??
Grazie dell’attenzione e Grazie dell’attenzione e arrivederci…arrivederci…
Tempo dal Big Bang
Vel.
di
esp
an
sio
ne
Se una macchina continua a frenare, fara’ meno strada la distanza tra noi e la supernova sara’ minore
Brillante, poca distanza
piccola espansione, tanta massa
““Open” or “Close”?Open” or “Close”?
Large density: gravity wins over expansion, that eventually stops and the Universe recontracts: Close
Small density: expansion wins against gravity, and the Universe expands forever: OpenBig issue up to 1998Big issue up to 1998
Long GRBsLong GRBs
jet= 0.1rad; Ljet = 1050-1051 erg/s
magnetar Collapsar
(BH+disk) B~1015 G
Short GRBsShort GRBs
Merging of NS+NS or
NS+BH
The Univers
e is
The Univers
e is
accele
ratin
g!!!
accele
ratin
g!!!
dis
tan
ce
dis
tan
ce
Saul PerlmutterSaul Perlmutter
Distances are large… too Distances are large… too largelarge
RedshiftRedshift
The wavelength The wavelength of of the photon is the photon is stretched as the stretched as the Universe expands: Universe expands: REDSHIFT zREDSHIFT z
This is This is notnot a Doppler shift ! a Doppler shift !
z
1+z = Rnow/Rthen
L’universo bambino: appena 300.000 anni di eta’…
piccole differenze di temperatura (una parte su un milione). Piccole, ma importanti…
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