astronomia - liceolocarno.ch · interazione radiazione - materia • quantisticamente: – la...
TRANSCRIPT
Parte E: Strumenti di analisi
• Radiazione elettromagnetica
• Interazione radiazione - materia
• Redshift
• Misura delle distanze
• Parallasse trigonometrica
• Scale di magnitudine
• Parallasse spettroscopica
• Candele standard
• Indici di colore
Astronomia: Strumenti di analisi 2
Radiazione elettromagnetica
• Per studiare l’Universo e le sue componenti gli
astronomi osservano la radiazione
elettromagnetica emessa da questi ultimi
• La radiazione è caratterizzata da una
lunghezza d’onda λ o da una frequenza ν,
legate da (c è la velocità della luce)
• L’insieme delle lunghezze d’onda si chiama
spettro elettromagnetico
Astronomia: Strumenti di analisi 3
Radiazione elettromagnetica
• Spettro continuo (emissione):
– Tutti i corpi non gassosi emettono radiazione
elettromagnetica: radiazione termica
– Legge di Stefan-Boltzmann: emissione ∼ T4
– Legge di Wien: picco inversamente proporzionale
alla temperatura → informazione sul colore
• Spettri discreti (emissione o assorbimento)
– Nell’interazione radiazione – materia
– Originati dalla quantificazione dei livelli di energia
della materiaAstronomia: Strumenti di analisi 5
Radiazione elettromagnetica
Astronomia: Strumenti di analisi 6
http://astro.unl.edu/naap/blackbody/animations/blackbody.html
Radiazione elettromagnetica
Astronomia: Strumenti di analisi 8
http://www.eso.org/public/videos/esocast44a/
Interazione radiazione - materia
• Quantisticamente:
– La radiazione è formata da fotoni con energia
– La materia è formata da atomi e molecole con
«livelli di energia» quantificati
– Solo alcune transizioni tra livelli di energia sono
possibili
– Emissione: fotone liberato con diseccitazione
– Assorbimento: fotone assorbito con eccitazione
Astronomia: Strumenti di analisi 9
h = costante di Planck
Interazione radiazione - materia
14Astronomia: Strumenti di analisi
Spettro di assorbimento del Sole
Interazione radiazione - materia
• Come ricaviamo le informazioni sugli astri?
• Tutta l'informazione è portata dalla radiazione
elettromagnetica
– Nello spettro
compaiono delle
righe scure…
– …dalle quali si ricava
l'analisi chimica
di ogni altro astro!
Astronomia: Strumenti di analisi 15
Redshift
• Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta
degli spettri caratterizzati dallo spostamento
di lunghezza d’onda
Astronomia: Strumenti di analisi 16
Redshift
• Tre cause:
– Moto della sorgente (effetto Doppler relativistico)
– Forte gravità
– Espansione dell’Universo
• Effetto Doppler
Astronomia: Strumenti di analisi 18
v = velocità relativa
λ = lunghezza d’onda osservata
λ0 = lunghezza d’onda emessa
Redshift
Astronomia: Strumenti di analisi 20
• Effetto gravitazionale
– un fotone che «rimonta» un campo gravitazionale
subisce un gravitational redshift, la sua lunghezza
d’onda aumenta e l’energia diminuisce
– un fotone che «cade» in un campo gravitazionale
subisce un gravitational blueshift, la sua lunghezza
d’onda diminuisce e l’energia aumenta
Misura delle distanze
• Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi
per diverse scale di distanza
Astronomia: Strumenti di analisi 23
• Metodo geometrico
– Def: parsec (pc):distanza con angolo di parallasse 1’’
Parallasse trigonometrica
Astronomia: Strumenti di analisi 24
Rad > °
d
B
p
Scale di magnitudine
• Hipparchus (astronomo greco):
– Classificazione delle stelle in base alla loro
«brillantezza» (luminosità apparente)
– Scala di magnitudine apparente
(1: più brillanti, 6: le meno brillanti)
• Risposta logaritmica dell’occhio umano
– Differenza di 5 magnitudini fattore di
«brillantezza» 100
– 1 magnitudine fattore
Astronomia: Strumenti di analisi 25
Scale di magnitudine
• Misura della «brillantezza»: intensità luminosa
(flusso di radiazione ricevuta F)
• Definizione di magnitudine apparente m
• Relazione «brillantezza» F e luminosità L
Astronomia: Strumenti di analisi 26
Legge dell’inverso quadrato
Scale di magnitudine
• Definizione di magnitudine assoluta M
– M coincide con la magnitudine apparente che avrebbe un oggetto celeste se fosse posto ad una distanza di 10 pc
( flusso se la stella fosse a 10 pc e d in pc)
• Possibilità di comparare stelle diverse indipendentemente dalla distanza
Astronomia: Strumenti di analisi 27
Parallasse spettroscopica
Astronomia: Strumenti di analisi 29
• La formazione stellare avviene in ammassi
(cluster): stelle differiscono solo per la massa
• Il modulo di distanza è uguale
• Confrontando la SP del
cluster con uno calibrato
si ottiene il modulo di distanza
M
m - M
m
Candele standard
• Conoscendo la magnitudine assoluta o la
luminosità è possibile dedurre la distanza con
• Candele standard: oggetti celesti con
luminosità conosciuta (con vari metodi)
– Cluster di stelle (con la parallasse spettroscopica)
– Stelle variabili (con il periodo di oscillazione)
– Supernove di tipo Ia (decrescita curva di luce)Astronomia: Strumenti di analisi 30
Candele standard
• Cefeidi (stelle variabili): tra le più precise
candele standard
– Relazione magnitudine assoluta periodo
– Relazione luminosità periodo
• Calibrazione: grazie a metodi per scale «più
vicine»
Astronomia: Strumenti di analisi 31
Indici di colore
• Indici di colore: misura della differenza di
magnitudine apparenti con filtri calibrati su
colori diversi
– Blu (centrato a 440 nm):
– Visibile (centrato a 550 nm):
• Indice permette di ricavare
la temperatura
Astronomia: Strumenti di analisi 33
Indici di colore
Astronomia: Strumenti di analisi 34
– Stelle più
calde
«brillano» di
più in B,
quindi B < V
– Stelle più
fredde
«brillano» di
più in V,
quindi V < B